浅议异形柱框架结构

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1、浅议异形柱框架结构李莉1,王辉2（1.石家庄建筑设计院；2.河北建研科技有限公司）摘要异形柱框架结构以其独特的优越性受到了建筑师及广大用户的欢迎。本文对异形柱框架结构设计的一些疑难问题，如异形柱的一般规定、纵筋箍筋的构造要求等进行探讨，并提出建议，供结构设计人员参考。关键词异形柱；肢高肢厚比；纵筋压曲；节点核心区１前言异形柱框架结构是一种全新的结构体系。《混凝土异形柱结构技术规范》(JGJ149—2006)（以下简称《规范》）中给出的异形柱定义为：截面几何形状为“L”形、“T”形和“十”字形，且截面各肢的

2、肢高肢厚比不大于4的柱。异形柱框架结构与传统的框架结构体系相比，由于肢厚与填充墙基本等厚，解决了普通矩形柱框架结构在房间内露柱造成的使用上不便的问题，使用面积相应增加了许多，同时解决了砖混结构超高和大开间要求存在的技术问题，因此该结构受到了建筑师及广大用户的欢迎，并推广应用。异形柱框架结构与普通矩形柱框架结构的柱子在受力性能等方面不同，因此异形柱框架结构在基本规定、计算、构造及施工方面均有不同的要求。本文着重对异形柱框架结构设计的一些疑难问题进行探讨。２一般规定2.1关于“一”形截面柱及“Z”形截面柱在《

3、规范》中未采用“一”形截面柱及“Z”形截面柱。“一”形柱正截面承载力方面两主轴方向抗弯能力相差甚大，不论是在风荷载作用下还是在地震作用下结构中的柱一般都是受到两个方向的弯矩同时作用，其受力后果可想而知；同时“一”形柱在双向剪力作用下性能也不好，由《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)柱双向受剪承载力计算公式可知，柱截面相邻两边边长相差越多，其斜向受剪承载力越低。如沿“一”形柱短边方向有梁与其相连，则此梁柱节点的核心区面积只有柱厚乘梁宽这一小部分，显然承受不了它受到的节点剪力。“Z”形截面柱与“

4、一”形截面柱类似，即两主轴方向抗弯能力相差甚大。在工程设计中应避免采用“一”字形截面柱，可采用部分普通矩形截面柱代替。而对于工程中经常遇到需要做“Z”形柱的情况，在设计计算时较好的方法是在PMCAD输入时将其按两个“L”形柱来输入并进行内力及配筋计算。因为“Z”形柱受力较大时易在中间肢劈开，劈开后（极限状态）其受力接近于两个“L”形柱，按两个“L”形柱处理较为合理。2.2关于异形柱各肢肢长异形柱各肢肢长，可能相等，或不相等，但是提倡采用等肢异形柱。抗震设计时宜采用等肢异形柱，当不得不采用不等肢异形柱时，柱

5、两肢的肢高比不宜超过1.6，大于50mm。试验表明，异形柱的斜向受剪承载力较单肢轴向受剪高。天津大学较早进行的等肢“L”形、“T”形截面柱在单调荷载和低周反复荷载作用的试验表明，异形柱的受剪承载力随荷载作用方向而变化并呈梅花瓣形规律，从而得出异形柱截面柱抵御斜向受剪破坏的能力优于矩形截面柱的重要结论。为编制江苏省地方标准(DB32/512-2002)东南大学进行的肢高不等的试件双向受剪试验表明，当异形截面柱两肢肢高相近时，其受剪承载力亦大致服从梅花瓣形规律，但当两肢肢高相差较大时，则服从椭圆规律。因此，具

6、有一定的翼缘也是保证异形柱抵御斜向受剪破坏能力的需要。2.3关于异形柱截面的肢高肢厚比在《规范》中指出异形柱截面各肢的肢高肢厚比不大于4。研究表明，即使是同一种异型截面柱，当柱截面肢高肢厚比不同时，柱的性能会出现不同的差异，若异形柱截面各肢的肢高肢厚比控制在不大于4的范围，则异形柱在偏心受压状态下的应变基本符合平截面假定，其力学性能符合柱的特性。需要指出的是，当截面肢高肢厚比在5~8范围时，根据现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)的有关规定，此时应划分为短肢剪力墙进行设计。３纵

7、筋的构造要求3.1纵筋的布置对“L”形、“T”形和“十”字形截面双向偏心受压柱截面上的应变及应力分析表明：在不同的弯矩作用方向角时，截面任一肢端部的钢筋均可能受力最大，为适应弯矩作用方向角的任意性，纵向受力钢筋宜采用相同直径；当轴压比较大受压破坏时，在诸多弯矩作用方向角情形，内折角处钢筋的压应变可达到甚至超过屈服应变，受力也很大，同时还考虑此处应力集中的不利影响，所以内折角处也应设置相同直径的纵向受力钢筋。异形柱肢厚有限，当纵向受力钢筋直径太大（d〉25mm），会造成粘结强度不足及节点核心区钢筋的设置的困

8、难。当纵向受力钢筋直径太小时（d〈14mm），在相同的箍筋间距s下，由于s/d增大，使柱延性下降，因此也不宜采用。3.2纵筋的配筋率异形柱肢端的配筋百分率按异形柱全截面面积计算。异形柱肢厚有限，柱中纵向受力钢筋的粘结强度较差，因此将纵向受力钢筋的总配筋率由对矩形柱不大于5%降为不应大于4%（非抗震设计）和3%（抗震设计），以减少粘结破坏和节点处钢筋设置的困难。４箍筋的合理配置异形柱柱端箍筋加密区的箍筋除应满足受剪承载力计算要求