浅谈异形柱结构设计中应注意的问题

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1、浅谈异形柱结构设计中应注意的问题　　摘要：本文通过对异形柱结构进行分析，针对异形柱不同于普通矩形柱的特性，提出了在异形柱结构设计中应注意的问题及处理方法。关键词：异形柱结构；截面选形；轴压比控制；构造措施　　　　1　概述　　异形柱结构是大力推行住宅产业现代化而发展起来的新型住宅结构体系，已被列为当前我国住宅建设中五种主要结构体系之一。异形柱结构主要用于住宅、平面及竖向比较规则的一般民用建筑、别墅等。所谓异形柱结构，就是以T形、L形、十形的异形截面柱代替一般框架柱作为竖向支承构件构成的结构，以避免框架柱在室内凸出，少占建筑空间，改善建筑观瞻，为建筑设计及使用功能

2、带来灵活和方便性。采用轻质高效的墙体材料，减轻结构自重。由于异形柱结构是我国自主创新的一种新型结构体系，一方面，现有的国内外试验研究和理论分析资料不及其他结构体系完善，且缺乏结构震害资料。另一方面，异形柱的特性较普通矩形柱更为复杂。因此，在工程设计中应特别注意，应根据异形柱特点合理进行异形柱结构设计。下面，笔者根据工程设计经验，对异形柱结构设计中应注意的问题作一些探讨，供同行参考。　　　　　2　异形柱结构中应注意的问题　　　结构布置和异形柱选形　　由于异形柱结构受力复杂的特殊性，首先在结构布置和异形柱选形上应注意。异形柱不同截面形状性能不同；相同截面形状但肢高

3、与肢厚比不同时性能也不同；当所受荷载方向不同时性能又有差异；若截面形状不对称时性能更为复杂。因此，在结构布置时，除了严格遵守《砼异形柱结构技术规程》(以下简称《异形柱规程》)有关条文外，抗侧力构件力求合理均匀布置，减小结构布置的不规则性，避免产生过大的偏心和扭转，特别是异形柱框架一剪力墙结构。结构布置合理与否，将导致平面是否规则、偏心和扭转效应是否改善、对抗震是否有利的大问题。合理的结构布置根据建筑平面而定，如图1所示，由于平面形状为T形，楼梯间、电梯井位于中部连接部位，属于平面不规则结构，对抗震性能不利。在结构布置时，当楼梯间、电梯井布置为实体剪力墙，虽增强

4、了连接部位楼梯间、电梯井楼板较大削弱处的刚度，但加大了扭转效应。将剪力墙均匀布置在周边，楼梯间、电梯井布置为开洞剪力墙和一般框架柱，既改善了结构扭转效应，使结构的周期比和位移比满足要求，也保证了楼梯间、电梯井薄弱处抗侧力构件的刚度，改善结构的整体受力性能。　　在结构布置时，异形柱选形也至关重要。试验和理论分析表明，异形柱截面中＋形截面承载力高于T形，T形又高于L形，L形截面柱抗震性能最差，尽量少用。如结构布置中基本为L形柱，在结构计算时很多指标难以算下。另外，宜采用等肢等厚异形柱。当不等肢时，两肢肢高比不宜大于；不等厚时，肢厚差不大于50mm，且最小肢长不应小

5、于500mm，最小肢厚不应小于200mm。工程中经常出现门边L形柱肢长小于500mm现象，此时建议将长肢加长为短肢墙，否则肢长小于500mm的异形柱附加偏心矩取值不符合规范要求，且对框架节点核心区不利。避免混合使用等肢和不等肢的异形柱，否则异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载方向不同会出现错综复杂的差异，对地震作用计算非常不利。　　　　异形柱轴压比控制和梁柱节点核心区计算　　异形柱轴压比控制和梁柱节点核心区受剪承载力计算是异形柱结构设计的两大特色。由于异形柱与矩形柱在截面特性、内力、变形及抗震性能上均有较大差异，《异形柱规程》专门针对异形柱结构特点制定了相应的条

6、文规定，且比其他规程要求严格。例如6度区应进行地震作用计算及结构抗震验算，应进行梁柱节点核心区受剪承载力计算等。在结构计算中，我们应特别注意控制柱轴压比和进行梁柱节点核心区受剪承载力计算的条文规定。由于异形柱截面的特殊性，其抗震性能较弱，为满足国家抗震设防要求，保证结构体系具有足够的抗震延性，根据异形柱截面双向偏压柱的工作机理，分析影响各种截面形状柱的截面曲率延性的主要因素，通过分析框架位移延性与梁、柱构件截面曲率延性之间的相互关系及大量的电算分析，得到了在不同抗震等级下异形柱轴压比与配箍特征值的关系，据此给出了小于普通柱轴压比的异形柱轴压比限值。此限值是结构

7、体系抗震性能的保证，设计中尤其注意应使构件满足此限值，特别是对一些平面不规则的结构更应严格控制。　　梁柱节点是异形柱结构的薄弱部位。由于节点的作用是将本层和上层荷载通过核心区传至下层柱中，其作用力为与节点相连的梁端和柱端弯矩、轴力、剪力、扭矩，受力非常复杂。矩形截面柱节点由于正交方向梁对节点核心区砼的约束作用，具有一定的受剪承载力，对非抗震和三、四级抗震等级节点，不用对节点核心区进行受剪力承载力计算，仅需满足抗震构造措施要求，只对一、二级抗震等级节点核心区进行受剪承载力计算。而异形柱框架节点却不同。由于异形柱截面的特点，正交方向梁截面的宽度与柱接触面积较小且偏

8、置，对节点核心区砼难以达到约束。试验表