鋼筋混凝土異形柱結構設計探討

王國棟+李東浩

（1河南建工建筑設計研究有限公司 河南 鄭州 450001； 2 鄭州鐵路職業技術學院河南 鄭州 450052）

摘 要： 本文分析了建筑結構的破壞機制，從框架結構、剪力墻結構、框架-剪力墻結構、筒中筒結構幾個方面來論述建筑結構的破壞機制，并針對建筑結構的破壞機制提出了設計時應對的若干措施，為從事建筑結構設計的人員提供有益的參考。

關鍵詞： 破壞機制；成本管理；解決措施

1引言

鋼筋混凝土異形柱是在傳統的矩形柱的基礎上發展起來的一種新型結構柱，其截面幾何形狀為L型、T型和十字型，且截面各短肢的肢高肢厚比不大于的柱[1]。其具有以下特點[2]：填充墻與柱肢厚度相等，室內不出現柱楞，從而使房間平整，布置靈活、方便，沒有突起，不占用室內空間；因異形柱柱體與傳統柱厚度相比其較薄，因此可以增加建筑有效使用面積8%～10%；填充墻的墻體材料可依據當地保溫隔熱要求，因地制宜，就地取材，不受地域限制。

本文旨在對異形柱結構設計中的一些問題進行探討，提出了個人看法，供結構設計人員參考。

2異型柱的設計要點

2.1異形柱結構適用條件：

a） 居住建筑（住宅及宿舍）；

b） 抗震設防烈度為7度（0.10g及0.15g）和8度（0.20g，I、II、III類場地）；

c） 柱網尺寸不宜大于6.6m；

d） 房屋總高度的限制。

2.2異形柱結構的平面布置：

a） 在異形柱結構的一個獨立結構單元內，宜使結構平面形狀簡單、規則，剛度和承載力分布均勻。

b） 結構平面布置應減小扭轉效應的不利影響。在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層豎向構件的最大水平位移和層間位移分別不宜大于該樓層兩端相應平均值的1.2倍，不應大于該樓層兩端相應平均值的1.4倍。結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比不應大于0.85。

c）異形柱框架結構和異形柱框架-剪力墻結構均應設計成雙向抗側力結構體系。

d）異形柱結構的框架縱橫柱網軸線宜對齊拉通；異形柱肢截面厚度中線與梁及剪力墻中線宜對齊重合。

2.3異形柱結構的豎向布置：

a） 結構豎向抗側力構件宜上下連續貫通。

b） 異形柱結構的側向剛度沿豎向宜均勻分布，樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的75%，或其上相鄰三層剛度平均值的85%。

c） 樓層抗側力結構的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的85%，不應小于其上一層受剪承載力的70%。

d） 異形柱框架不應采用樓層錯層的設計方案。

e） 異形柱不宜在樓層半層處單面設置挑梁。

f） 異形柱結構不應用于單跨框架結構。

2.4異形柱結構的豎向布置：

a） 結構豎向抗側力構件宜上下連續貫通。

b） 異形柱結構的側向剛度沿豎向宜均勻分布，樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的75%，或其上相鄰三層剛度平均值的85%。 c） 樓層抗側力結構的受剪承載力不宜小于其上一層受剪承載力的85%，不應小于其上一層受剪承載力的70%。

d） 異形柱框架不應采用樓層錯層的設計方案。

e） 異形柱不宜在樓層半層處單面設置挑梁。

2.5異形柱結構應按下列原則考慮地震作用：

a） 抗側力結構正交布置時，應允許在結構兩個主軸方向分別考慮水平地震作用。

b） 有斜交抗側力構件的結構，當相交角度大于15度時，應分別計算各抗側力構件方向的水平地震作用。

c） 質量與剛度明顯不對稱、不均勻的結構，應計入雙向水平地震作用下的扭轉影響；其他情況，應允許采用調整地震作用效應的方法計入扭轉影響。

2.5異形柱結構應根據不同情況，分別采用下列地震作用計算方法：

a） 異形柱結構宜采用振型分解反應譜法，當質量和剛度不對稱、不均勻時應采用考慮扭轉耦聯振動影響的振型分解反應譜法。

b） 高度不超過40m，以剪切變形為豬，且質量與剛度沿高度分布較均勻的異形柱結構，可采用底部剪力法。

2.6異形柱結構構造做法：

a） 異形柱截面各肢肢高與肢厚之比不應大于4，且肢厚不應小于200mm，肢高不應小于500mm。

b） 框架梁截面高度Hb可按（1/10～1/15）L？b確定（Lb為計算跨度），且不應小于400mm。梁的截面寬度Bb不宜小于1/4Hb及200mm。

32異型柱的計算要點

異形柱結構結構由于其自身的特點從而決定其抗震性能、受力性能等與矩形柱結構的不同。這是由于異形柱由于其自身截面的不對稱性，從而在水平力的作用下由于會產生偏心，而這種偏心的話會給給異形柱產出雙向偏心，這種雙向偏心的話會給異形柱的承載力帶來不利的影響。因此，對異形柱結構應按照體系考慮，宜優先采用具有異形柱單元的計算程序進行位移和內力分析。因為異形柱與剪力墻的受力不同，所以計算時不應將異形柱按剪力墻建模型計算。

對異形柱框架結構，一般宜按等效按剛度對其折算成普通框架進行內力與位移分析。但是當剛度相等時，矩形柱比異形柱的截面面積大。一般比值（A矩/A異）約在1.10-1.30之間[1]。所以，用矩形柱替換后計算出的軸壓比數值不能直接應用于異形柱，故筆者建議用比值（A矩/A異）對軸壓比計算值加以放大后再用于異形柱，這樣才能較準確分析其內力與變形分析，否則則失真。

對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結構，由于異形柱在水平力的作用下，其剛度相對較小，故其分擔的水平剪力很小，由此產生的翹曲應力基本可以忽略。為簡化計算，可按面積等效或剛度等效折算成普通框架—剪力墻（或核心筒）結構進行內力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況，且面積等效計算更為簡化、方便。但應注意，按面積等效計算時，須同時滿足下面兩式：

（1）A矩=A異；（2）b/h=（Ix異/Iy異）1/2

式中，A矩、A異——分別為矩形柱和異形柱的截面面積；

b、h——分別為矩形截面的寬和高；

Ix異、Iy異——分別為異形柱截面x、y向的主形心慣性矩。

一般，應當注意到按面積等效計算時，矩形柱的幾何形狀由于規則不同于異形柱，故造成同等面積情況下，矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結構，計算分析表明[2]，按面積等效與按剛度等效的計算結果是接近的。

異形柱的截面設計，可根據上述方法得出的內力，采用適合異形柱截面受力特性的截面計算方法進行配筋計算。

3 結論

建筑結構的安全性關系到建筑物的安全，其一旦發生破壞會給人民群眾的生命財產帶來嚴重的損失。所以，我們應當重視建筑結構的破壞機制，進而重視建筑結構的相關破壞機制，從而為保障我國的建筑安全提供有益的參考。

參考文獻

[1]JGJ 149-2006 混凝土異形柱結構技術規程 [S]北京：中國建筑工業出版社，2006.8.

[2]史慶軒.鋼筋混凝土結構基于性能的抗震研究及破壞評估[D]西安建筑科技大學，2003.

[3]梁興文.混凝土結構設計[M]北京：中國建筑工業出版社出版社，2011.12.

[4]GB50010-2010混凝土結構設計規范[S]北京：中國建筑工業出版社出版社，2010.8.