關于異形柱框架結構在居民住宅小區的結構設計研究

陳卓鋒

（廣東省建筑設計研究院 廣東廣州 510010）

1 前言

目前正在編制全國性的“混凝土異形柱結構技術規程”。可執行的地區標準有：天津、上海、陜西、江蘇、廣東等。異形柱結構設計除應符合所在地規程外，還應符合國家頒布的其它規范、規程，如：混凝土結構設計規范、建筑設計抗震規范、建筑結構荷載規范、高層建筑混凝土結構技術規程、混凝土異形柱結構技術規程（修訂稿）等等?；炷廉愋沃Y構技術規程（修訂稿）的特殊點之一：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不應大于樓層平均值的1.35倍。其它的對異形柱結構的基本要求，應參照相應的規范、規程。

2 異形柱結構的分析模型

異形柱應考慮特有的“剪切不均勻系數”：異形柱的剪切不均勻系數采用分塊積分法計算。異形柱的局部坐標，截面形心主軸，如圖1所示。

圖1 異形柱的局部坐標

與異形柱相連的框架梁，一般應選擇“梁柱重疊作為剛域”這個設計參數。此時梁長度變化[1]，如圖2所示。

圖2 梁長度變化

當異形柱柱肢較長時，由于梁長度的變化造成結構剛度變化較大。所以，對異形柱結構需要考慮這個影響[2]。

有時異形柱截面會產生變異，此時，最好簡化成矩形柱輸入，按異形柱輸入剛度偏小、配筋也有問題，如圖3所示。

圖3 異形柱截面的變異

3 異形柱的配筋及設計

異形柱配筋，應按考慮雙偏壓（拉），如圖4所示。

計算的周期，如圖5所示。

圖4 異形柱配筋

圖5 計算周期

4 異形柱框架結構在居民住宅小區工程實例

4.1 工程概況

廣東省廣州市某小區建筑總面積達到了23萬m2，該項目一共有15棟異形柱框輕結構住宅，其總面積達到了15萬m2，有兩類住宅，一類是帶電梯住宅，另一類是不帶電梯住宅。這兩類住宅都配置了車庫及其閣樓。從整體上面進行分析，住宅平面基本上屬于錯層式住宅，其中，地下室高度為3m左右，樓層高度為3.2m左右，然而標準樓層的高度為3m，每層樓之間的間距為3.2m。按照相關的規定，與實際情況相互結合，并且和建設所使用一些功能及其相關的要求相結合，查看框輕結構的自身情況，而內部的隔墻必須選擇取厚為80mm的GRC輕質墻板，分戶墻必須選擇厚度為25cm的加氣混凝土砌塊，在梁柱以外貼著厚度為5cm的EPS板，在外墻選擇使用厚度為30cm的加氣混凝土砌塊。我們從現場的地質報告當中能發現，該地區主要是由一些粉質黏土、粉土及其一些細沙組成的，這個住宅花園小區屬于中軟場地，也就是II類場地，在地下15m左右有地下水，所以，這個屬于建筑有利地段。結合工程地質狀況及相關的特征，可以選用設置伸縮縫的筏板，筏板厚度為50cm。

4.2 結構布置及其選型

在居民小區工程中，住宅樓一共有七層，還包括地下室和閣樓，因此，算上閣樓和地下室一共有九層。從室外地面開始進行計算，高度滿足小區其他異形柱規程給異形柱框輕體系框架結構下的要求，并且這個建筑規定必須設置電梯井，因此必須使用異形柱框-剪結構體系。在符合每一層之間的位移要求，還要使得剪力墻部分承受的結構底部地震彎距與結構底部總地震彎距相比至少大一半，然而，為了縮小結構自身的剛度以及減小結構自身的重量，必須把剪力墻安設數量設置盡可能小一些，而且安放位置必須勻稱，這樣才可以防止扭轉現象的發生進而造成一系列的影響[3]。對于較長的墻肢，必須進行開洞口，這樣才可以讓每一墻段受力均勻，異形柱的安設以及相關的尺寸與規定一致，在設防的時候應該采用數量多的梁配筋，而且梁寬和柱肢的厚度都必須定在25cm。一般來講，柱肢為55～75cm長，然而由于在躍層處梁豎向錯位，所以，柱凈高為2.1m，而管控這個地方的柱肢長均不大于65cm，這樣就會讓柱凈高超過了肢長三個單位，可以防止超短柱出現[4]。所以，在設計的過程當中，盡可能地運用T形柱和十字形柱相結合，盡量減少L形柱的使用，盡量減少一字形柱的出現。

4.3 異形柱框架結構載荷分析

4.3.1 載荷-位移曲線

在工程中，不同形式異形柱框架的推覆分析結果如圖6和表1所示，表中屈服位移通過通用屈服彎矩法來確定，極限位移取峰值荷載下降到85%時對應的位移。

圖6 推覆對比曲線

表1 力-頂點位移計算結果

從圖1及表1可看出，SRC異形柱框架和CFST異形柱框架的位移延性系數較RC異形柱框架有顯著提高，且延性系數提高倍數達到1.3左右，表明在異形柱中適當配置型鋼或采用鋼管混凝土組合結構都可有效地提高異形柱框架的位移延性。對比幾種類型異形柱框架結構的受剪承載力，CFST異形柱框架最高，較RC異形柱框架提高了1.7倍，SRC異形柱框架次之，較RC異形柱框架提高了1.4倍?？梢姡珻FST結構既具有較高的承載能力，又具有良好的延性[5]。

4.3.2 軸壓比的影響

考慮到工程異形柱中柱設計軸壓比是邊柱的二倍，取邊柱軸壓比參數N分別為0～0.3，三種異形柱框架結構Pushover對比計算結果如圖7所示。

圖7 不同軸壓比下異形柱框架推覆對比曲線

從圖7可知，軸壓比對3種異形柱框架的彈性剛度影響較小，但對水平承載力及曲線下降段形狀均有影響。對于RC異形柱框架，隨軸壓比增大，結構承載能力適當提高，延性隨之降低，但軸壓比大于0.2之后其影響很小；對于SRC異形柱框架和CFST異形柱框架，隨軸壓比增大，結構承載能力降低，并且延性也隨之降低，主要是由于截面不規則導致，因此設計中要嚴格控制SRC異形柱框架和CFST異形柱框架的軸壓比[6]。

4.3.3 出鉸機制

圖8 出鉸順序

圖8為SRC異形柱框架出鉸計算結果與試驗結果對比分析，由圖可以知道兩榀框架均為梁先出鉸，柱后出鉸，基本符合抗震框架結構中“強柱弱梁”的設計要求，但計算結果和試驗結果的出鉸順序有所差別，主要原因是試驗中各節點材料存在一定的差異，真實抗彎承載力不同，導致試驗中塑性鉸出鉸順序沒有規律性，而計算中塑性鉸出鉸順序較為規律，底層和中間層梁端出鉸較早，同一根梁一般均為左側先出鉸。試驗中柱頂施加豎向集中荷載，局部約束效應使得頂層中柱承受較大彎矩而出現塑性鉸，但數值計算中難以模擬此現象。

4.4 構造措施

異形柱框輕結構的住宅一般層高不高，并且柱側移剛度非常大，所以底層柱對于一層樓板溫度變形的制約力非常大。如果房屋長度值比較大，這樣在溫度變化的過程當中，很容易影響到樓板內部應力變化，進而形成一定的內力，這樣就會使得樓板出現一系列的裂縫[7]。因此，在設計的過程當中，工程必須嚴格控制伸縮縫之間的間距，一般不能超過45m。而且，在設計樓板負筋在頂層和一層必須進行貫通好，應該在中間層一半進行貫通。

5 結束語

綜上所述，本文在以計算機進行結構分析，經過了一系列的計算模型的簡化處理，并且和結構實際工作狀況相同。與此同時，還應該準確地對計算結果的合理性進行分析，將此運用到工程設計當中。本工程設計經過了當地工程施工圖設計的審查，并通過?，F在，這個工程已經交付很多年，沒有出現過居民小區住宅樓板裂縫的問題。

[1]王利，李波.異形柱框架結構在民用住宅當中的應用分析[J].居業，2018（03）：122～123.

[2]于浩.異形柱框架結構在民用住宅設計中的應用研究[J].科技風，2018（01）：80～83.

[3]高 俊.混凝土異形柱框架結構設計淺析[J].綠色環保建材，2018（04）：102～108.

[4]田存.方鋼管混凝土組合異形柱住宅體系工程應用研究[D].河北工程大學，2017.

[5]陳建強.民用住宅設計中異形柱框架結構的應用[J].建材與裝飾，2017（46）：117～118.

[6]蔣琳琳.抗震功能的多層住宅異形柱框架結構設計及優化措施分析[J].建材與裝飾，2017（42）：49～50.

[7]游劍龍.小高層住宅結構選型及工程應用研究[D].福建農林大學，2016.