淺談異形柱框架

【摘 要】異形柱框架——剪力墻結構因具有空間布置靈活的優點和優越的抗震性能，在中高層建筑中得到了廣泛的應用，本文主要就它的抗震設計與性能進行了概述。

【關鍵詞】異形柱；框架——剪力墻結構；抗震性能

0.前言

近年來，在中高層民用建筑（特別是住宅建筑）結構體系中，異形柱框架——剪力墻結構將建筑美觀和使用功能的靈活性有機地結合起來，以其較好的經濟效益、較佳的建筑功能、優越的抗震性能得到了廣泛使用。

1.異形柱框架—剪力墻結構性能分析

異形柱框架——剪力墻結構為框架——剪力墻結構的特殊形式，其柱截面的肢厚不應小于200mm，肢高不應小于500mm。填充墻要求采用輕質高效的墻體材料，不僅改善了建筑的保溫、隔熱性能，節約能源消耗，還能減輕結構自重，有利于節約基礎建設投資，有利于減少結構的地震作用。異形柱框架—剪力墻結構體系是在異形柱框架結構體系的基礎上，布置一定數量的剪力墻，或將剪力墻集中布置于樓層電梯間的周圍形成筒體，能夠增強結構的抗震性能，異型柱的受力性能比較復雜，異型柱為抗震的薄弱構件；但作為框架——剪力墻結構，本身具有兩道抗震防線，剪力墻受力明確，變形能力較好，且剪力墻的縱向剛度大，按等剛度分配的原則，則剪力墻承擔較大的地震荷載，設計時，除了滿足計算，方案要考慮周全以外，還應滿足相應的構造措施，注重延性設計。

2.異形柱框架——剪力墻結構抗震設計的幾個重要問題

2.1強調概念設計優化結構方案

異形柱結構在方案階段的抗震概念設計尤為重要，其首要問題就是選擇合理的結構形式和確定可靠的傳力途徑。在小高層建筑中宜采用異形柱框架——剪力墻結構，剪力墻作為第一道抗震防線，異形柱框架作為第二道防線，增強結構的抗震能力。結構應設計成雙向抗側力體系，結構平面形狀宜規則、對稱，結構在主軸的兩個方向的動力特性宜相近，在樓梯間和電梯間應合理地布置剪力墻或一般框架柱，盡量使結構的質心和剛心重合。框架縱橫柱網軸線宜分別對齊拉通以形成完整的框架，柱截面肢厚中心線宜與框架梁中心線及剪力墻中心線對齊，盡量避免由于二者中心線偏移對受力帶來的不利影響。

抗震設計時，結構兩主軸方向均應布置剪力墻且剪力墻的間距不宜過大，當剪力墻之間的樓板有較大開洞時，間距應適當減小。對異形柱結構中處于受力不利部位的異形柱，例如結構平面柱網軸線斜交處及平面凹進不規則等部位，可采用一般框架柱，以改善結構的整體受力性能。結構體系沿豎向的剛度變化應均勻，避免過大的外挑和內收，造成結構的剛度突變，產生薄弱層塑性變形集中現象。

2.2注重延性設計

a、控制軸壓比。

對于框架——剪力墻結構，柱子的延性對于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起著十分重要的作用，且軸壓比又是影響砼柱延性的一個關鍵指標，柱的側移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降，因異形柱結構剪力中心與截面形心不重合，剪應力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構件出現裂縫，產生腹剪破壞，導致異形柱脆性明顯，延性普遍低于矩形柱，因而對異形柱的軸壓比要嚴格控制。異形柱在不同軸壓比時柱端加密區對箍筋最小配箍特征值的要求，以保證異形柱在不利彎矩作用方向角域時也具有足夠的延性。《混凝土異形柱結構技術規程》中異形柱箍筋加密區的箍筋最小配箍特征值所示，與矩形柱的最小配箍特征值有著較大的差異。

為了保證異形柱結構的延性要求，在抗震設計中，保證柱滿足軸壓比的要求，就必須滿足以下條件：一是應優化柱網布置，合理分配柱的負載范圍，一般柱網尺寸取4—6m較優；二是提高混凝土的強度等級，同時有利于提高節點核心區抗剪；三是保證柱有足夠大的截面尺寸，在不影響建筑美觀的前提下，建議加厚柱肢，也有利于解決肢厚過薄而造成的粘結強度不足及節點核心區鋼筋設置的困難；四是控制建筑高度，降低底層異形柱的軸力。箍筋直徑越大，加密區間距越小，軸壓比越可放寬，這是因為提高配箍率可以增加柱子的延性，也可有效增加異形柱的抗剪承載力。在高軸壓比的情況下，增加箍筋用量對提高柱的延性作用已很小，故設計時一般控制柱子的軸壓比。

b、考慮地震作用方向對異形柱正截面承載力的影響。

等肢T形截面有2根對稱軸，等肢L形截面有1根對稱軸，而不等肢L形截面沒有對稱軸。由截面的幾何特征可知，等肢T形截面柱的00和9O0形心方向軸與等肢L形截面柱的450和1350形心方向軸分別是各自的強軸和弱軸，慣性矩分別為最大和最小值。而截面慣性矩近似反映其剛度的大小，所以與矩形柱結構相比，T形、L形柱在不同的方向上的剛度差異較大。且水平地震作用是按抗側剛度分配，由于不同方向各個柱之間的剛度相對比例不同，所分配的地震作用也就有比較大的差別。因此，地震作用的方向角對異形柱的雙偏壓正截面承載力有重要影響。當異形柱結構中混合使用等肢異形柱與不等肢異形柱時，則差異情況更為復雜。但由于6度、7度（0.10g）抗震設計時，異形柱的截面設計一般是由構造配筋控制，所以《混凝土異形柱結構技術規程》4.2.4條第1款規定：“一般情況下，應允許在結構兩個主軸方向分別計算水平地震作用并進行抗震驗算，各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔，7度（0.15g）及8度（0.20g）時尚應對與主軸成450方向進行補充驗算。”

2.3對軸壓比較大的異形柱增設暗柱

帶暗柱異形柱與普通異形柱相比，承載力及延性和耗能能力顯著提高，因此其抗震能力有較大提高，帶暗柱異形柱塑性鉸域高度較高，在破壞過程中暗柱有明顯的鋼筋混凝土核芯束的力學特征。在塑性鉸發展過程中，暗柱縱筋也從屈服發展到極限變形狀態，充分發揮了其抗力作用。

異形柱中暗柱尺寸一個方向為柱肢厚度，另一方向宜取柱肢厚度為0.5～1.0倍，暗柱縱筋直徑宜等于異形柱受力縱筋直徑或取用小一號的直徑，異形柱全部縱向受力鋼筋的配筋率，非抗震設計時不應大于4%；抗震設計時不應大于3%。暗柱箍筋加密區宜與柱端箍筋加密區一致。箍筋直徑及間距宜與柱端箍筋直徑及間距相同，異形柱（含暗柱）箍筋加密區的箍筋最小配箍特征值，可按《混凝土異形柱結構技術規程》（JGJ149——2006）中的數值取值，異形柱箍筋加密區的箍筋最大間距和最小直徑可按數值取值。

總之，相對于其他框架一剪力墻結構而言，異形柱框架——剪力墻結構的地震作用增加幅度不太，但其側移明顯降低，故其綜合抗震性能還是理想的，只要將上述設計要點控制好了，做到符合相關規范和要求，一定能更好的將異形柱框架一剪力墻結構應用于人們生活中。 [科]

【參考文獻】

[1]GB50011—2010建筑抗震設計規范[S].

[2]JGJ149—2006混凝土異形柱結構技術規范[S].