钢筋混凝土异型柱结构抗震设计若干问题的探讨

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1、钢筋混凝土异型柱结构抗震设计若干问题的探讨-结构理论摘要：本文是作者对土建工程中的一种特殊结构――异形柱结构的问题的探讨。文章在考虑钢筋混凝土异型柱框架结构受力特点的方面，从内力组合与调整，轴压比限值、结构布置等方面，针对结构抗震设计进行了分析与讨论，从这些方面的分析当中来说明该结构抗震设计的问题。关键词：异型结构　轴压比限值　结构内力　控制内力　结构布置　　　　钢筋混凝土异型柱结构建筑物是建筑和结构巧妙搭配，它不但满足了建筑师的设计理念，可以“随意布置”；还可以让结构工程师在总的设计原则下，充分利用结构与材料的潜力，使结构既安全又

2、经济。　　　　一、内力组合与调整　　相对来说，建筑师比较欢迎钢筋混凝土异型柱结构。由于异型柱结构在受力特点具有与传统矩形柱结构不同，如肢宽厚比在2.5-4.0之间，柱肢薄而狭长，双向压弯作用明显；经常会有梁纵、横不贯通而很难用平面结构模型进行分析；异形截面只有一根或没有对称轴，造成异型柱结构的荷载方向敏感性等。　　在结构内力计算时，一般会定义几十种荷载工况，以便在构件设计时选取最不利的荷载组合进行配筋计算。通常的做法是选取Mx.max、My.max、My.min、Nmax、Nmin时的内力组合为控制内力，作为选取截面配筋的依据。对于

3、矩形柱，在某一特定的N下，Mx－My双向受弯的相关破坏曲线可以近似为一四分之一椭圆弧。且曲线关于X、Y轴是对称的，可以认为选取两个方向各自的弯矩最大时的内力组合为控制内力是较为可靠的；但Mx-My，相关破坏曲线自大小偏心的界限N值向上、向下渐收，尤其是轴压比较大时相关曲线所包围的面积减小较快，当某内力组合的N略小于Nmax而弯矩又较大时，可能使设计不安全。　　对异型柱则更可能出现通常定义的控制内力不能包络住构件的最不利受力状态的情况。因为异型柱的Mx、－My，双向受弯的相关破坏曲线呈明显的不对称性，且随轴向压力的变化，曲线的凸起形状

4、跟着有较大的变化，有的近乎反对称。从空间的破坏曲面来看，其形状更加凹凸不平，控制内力的可靠性必然会降低。　　在工程设计中，比较容易出现类似算例中的情况可能有以下几种：　　第一，设计经常以轴力较大的下层柱的配筋来决定上层柱的配筋，若上层柱的弯矩较大，由于相关曲线形状和所围面积随轴向力变化大，致使下部的配筋无法保证上层柱的安全；　　第二，一些平面较不规则的异型柱结构，有地震作用参与组合时轴向压力相差较大，由于轴压比接近限值或较小时相关曲线所包围的面积都较小，可能出现非传统控制内力控制配筋的情况；　　第三，异型柱结构进行空间结构分析时宜添

5、加几个荷载方向角，计算所得的构件内力往往四个象限均有，而L、T截面相关曲线明显不对称，在弯矩较大时可能出现传统控制内力包络不住的情况等。对控制内力不能包络住构件的最不利受力状态的问题，尚须对其所带来的安全隐患的严重性和普遍程度做出评估，提出合理的解决方法，并应用到异型柱结构的设计程序中去，以减小手算工作量。　　　二、轴压比限值　　异型柱截面形式和尺寸比例多样，轴向力和水平荷载角又各不相同，通常定义的大小偏心界限破坏并无固定值，且随截面具体形状、荷载角、配筋情况等变化很大，给异型柱轴压比限值的确定带来一定的困难。但从定性的角度上来说，

6、异型柱由于会出现柱肢长向翼缘受压情况，存在延性特别差的受荷方向，其廷性可能不如双向受弯的矩形柱，从这个意义上讲轴压比限值应较矩形柱为严。　　一、二、三级抗震等级的各类结构的框架柱和框支柱，其轴压比N／(fcA)不宜大于表1规定的限值。对IV类场地上较高的高层建筑，柱轴压比限值应适当减小。　　应用日d应当注意―下的几个方面：　　1、轴压比N／(fcA)指考虑地震作用组合的框架柱和框支柱轴向压力设计值N与柱全截面面积A和混凝土轴心抗压强度设计值fc乘积之比值，对不进行地震作用计算的结构，取无地震作用组合的轴力设计值；　　2、当混凝土强度

7、等级为C65-C70时，轴压比限值宜按表中数值减小0.05；混凝土强度等级为c75-C80时，轴压比限值宜按表中数值减小0.10；　　3、剪跨比λ≤2的柱，其轴压比限值应按表中数值减小0.05；对剪跨比λ》GB50010-2002　　2　R.帕克，r渡利钢筋混凝土结构[M]，重庆建筑大学出版社，1980　　3　李杰，肖建庄等，钢筋混凝土异型柱抗侧力结构体系研究报告集，同济大学建筑工程系，2000　　4　DC／TJ08-009A-2001钢筋混凝土异型柱结构设计规程，海市工程建设标准化办公室，2001　　5　JGJ149-2006混凝

8、土异形柱结构技术规程，中国建筑工业出版社2006　　6　GB5001-2001建筑抗震设计规范(2008年版)中国建筑工业出版社2009