钢筋混凝土异型柱框架结构的设计探讨

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1、结构工程师增刊全国结构计算理论与工程应用学术会议2003.同济大学钢筋混凝土异型柱框架结构的设计探讨章建波(同济大学建筑设计研究院上海200092)摘要:本文通过结合目前国内对异形柱结构的研究成果及实际工程案例，在现有计算分析手段的条件下，对异形柱框架结构的设计进行了初步探讨。关键词:异形柱，结构设计，钢筋混凝土1引言异型柱结构体系是近几年国内新型的一种结构体系，主要应用于多层及小高层住宅建筑中。钢筋混凝土异形柱，指的是除矩形、圆形以外的截面形式，如T形、L形、Z形、十字形等截面形式，其柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4之间。其中，T形截面柱一般用作框

2、架的边柱，L形截面柱一般用作框架的角柱，Z形柱用作柱网轴线发生偏移时的转换柱，十形截面柱一般用作框架的中柱。由于钢筋混凝土异形柱结构体系符合室内布置的要求，具有不出柱楞，房间美观适用，填充墙与壁柱等厚，且与填充墙连接良好等优点，因而在工程中应用越来越多。现结合一实际工程案例来探讨该类结构的设计特点。2建筑物的设计概况该工程为广东省东莞市某学生宿舍楼，为6+1层，顶层为局部凸出屋面的楼梯间。建筑物高度(室外地面至建筑物檐口)为19.8m。开间为3.600m，南面宿舍进深为6.5m，北面宿舍进深为4.5m>中间走廊宽为2.7m，外阳台悬挑1.4m。由于建筑布局

3、要求，现采用异形柱框架结构，其中纵向梁的截面尺寸为300mmX600mm,横向梁的截面尺寸分别为250mmX500mm(南面宿舍)和250mmx400mm(北面宿舍与走廊)。该地区抗震设防烈度为六度，设防分组为第一组。根据该建筑物的结构类型、房屋高度及抗震设防烈度可知该结构的抗震等级为四级。修正后的风压系数w0=0.6kN/m2。场地土类型为2类，采用天然地基上的柱下条形基础。结构的标准层平面计算简图及三维线框图分别见图1和图20燕卫劲渭郭图1标准层平面计算简图(单位:mm)万方数据结构工程师增刊全国结构计算理论与工程应用学术会议2003.同济大学图2三维

4、线框计算简图各标准层:层高=3300(mm)梁总数=127柱总数=34标准层混凝土强度等级:梁Cy=30柱Q=303异形柱设计原则a)结构选型及平面布置原则由于异形柱结构本身的特点及其应用于住宅结构中所独有的优点，在结构布置中还应掌握以下原则:①在结构布置中应尽量采用T形柱为边柱、L形柱为角柱、Z形柱为较短柱网轴线偏移的布局方式，而在楼梯间、休息平台等部位可采用普通的矩形柱。②建筑及其抗侧力结构的平面布置宜尽量规则、对称，结构在两个主轴方向的动力特性宜相近，避免结构产生扭转。否则，即使结构平面布置较为规则，也会产生第一振型的扭转分量占结构地震作用的重要成分

5、，引起结构各节点的层间位移比过大，造成实际上的平面不规则。③在结构平面布置完毕后，可通过试算并从以下几点判断结构布置合理与否(aIIsl,a.从结构自振周期进行判断。结构的自振周期宏观地反映了结构的几何特性和刚度性质。如果结构较为一般，截面尺寸的选择符合常规要求，则结构的基本自振周期大体在以下范围内:T=(0.10-0.15)N。其中N为结构层数。此外，结构第二振型的周期通常为基本自振周期的1/31/5;第三振型的周期约为基本自振周期的1/5-1/7。如不符合上述情况，则可能是结构方案本身不太合理，刚度过大或过小了，或者是质量荷载偏大或偏小，导致结构周期偏

6、大或偏小。此外，当考虑结构扭转祸连计算时，还应控制第一振型的扭转周期不大于结构自振周期的0.9.在本工程中，结构计算结果如表1所示:表I考虑扭转祸联时的振动周期(秒)、X,Y方向的平动系数、扭转系数振型号}周期转角平动系数((X+Y)}一扭转系数10.8268}99.59一11.00(0.03+0.97)0.002}0.8086}9.5810.99(0.96+0.03)}一0.0130.73828.330.01(0.01一00)0.994}0.2629一}176.810.99(0.99+0.00)0.0150.2486一}86.771.00(0.00+0.

7、99)1}0.0060.2254175.79{}0.08(0.08+0.00)0.9270.2033一179.030.58(0.58+0.00)0.4280.1573}F89.06}1.00(0.00+1.00)}一0.0090.1497}179.40一}0.69(0.69+0.00)0.31地震作用最大的方向二一0.715(度)由上表可见，T3/T1=0.7382/0.8268=0.89<0.9,0.7

8、国结构计算理论与工程应用学术会议2003.同济大学点或不规则的凹凸