徐霓虹

[摘要]异形柱结构是钢筋混凝土框架结构或框架—剪力墙结构的一种特殊的案例。虽然对于异形柱结构的设计可以参照一般的框架或框架—剪力墙结构来进行,但是由于异形柱结构本身具有着自身的特点,所以在异形柱的结构设计中也存在着特殊之处。本文主要结合某住宅建筑采用的异形柱结构设计案例,主要探讨了异形柱框架结构设计的主要内容等。

[关键词]异形柱 框架结构 设计

1 工程概况

我市某住宅公寓一期项目的18栋多层住宅,总建筑面积达到10万m²,多数住宅单元为双楼梯单元形式,户型面积从90-130m²分布,采用标准层高2.8m,本项目的住宅抗震烈度设计为7级,抗震等级框架为三级,剪力墙为二级,场地类别为Ⅱ类。基本风压为0.60KN/m²。本项目在结合了相关的设计依据和标准之后拟采用主体结构为钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构形式,基础采用钢筋混凝土柱下独立基础设计。

2 异形柱框架结构设计特点

(1)由于柱截面为异形,在双向压弯作用下,随着荷载角的变化,其受压区的形状也随之变化。在某些荷载角情况下,会使柱截面的受压区高度较大而表现出很大的脆性。

(2)异形柱的柱肢截面较薄,框架梁应沿平行于柱肢的方向插入柱肢。若沿垂直方向插入柱肢,则梁纵向钢筋的水平锚固长度难以满足规范要求;

(3)由于柱截面较薄,所以不应配置过多的纵向钢筋。当柱肢厚度为200mm时,每排应配置2根纵向钢筋;当柱肢厚度为250mm时,每排应配2-3根纵向钢筋。

(4)框架梁的截面宽度可与柱肢厚度相同或大于杜肢厚度。若二者相同,梁的纵筋应在柱筋的内侧穿过,并采取一定的构造措施;若梁宽大于柱肢厚度,梁的外侧纵筋可在柱筋的外侧穿过;

(5)为避免出现冷桥,对沿外墙的异形杜和框架梁应采取保温措施。

3 结构布置设计

结构布置遵循框架-剪力墙结构结构布置的一般原则。柱网布置尽量简单规则,刚度分布匀称,框架双向设置,使结构在纵横两个方向均有较强的抗侧力能力。

在房屋的角部布置L形角柱,沿外墙设置T形边柱,在房屋的中间根据内隔墙的具体位置设置L形或十字形的中柱。由于层高为2.8m,除去0.9m高的窗台、1.5m高的窗和30厚的楼面面层,沿外墙的框架梁最大可以做到370mm高,因此在开间较大的跨度中问设置扁长的柱子,以减小框架梁的跨度。

异形柱肢厚的确定主要考虑以下两个因素:首先,考虑在北方地区建筑外墙有保温和隔热的要求,在钢筋混凝上柱的内侧或外侧需贴一定厚度的保温材料。本工程外墙的厚度为300mm,在柱的外侧贴100厚的加气混凝土砌块保温,使之正好与外墙的厚度相同,以保持墙面的平整。其次,虽然对于多层结构异形柱的最小肢厚可以做到150mm,但考虑到构造和施工的因素,肢厚太薄易造成配筋困难,并使混凝土难以浇筑,不易保证混凝土的成型质量,故肢厚不宜太薄。所以设计中采用异形柱的肢厚确定为200mm,200mm对于多层结构的异形柱来说,是一个比较理想的肢厚。

梁的宽度与异形柱的肢厚相同,采用200mm。沿外墙的框架梁可向外设置l00mm宽的挑檐,以承托300mm厚的外墙。除沿外墙的框架梁的梁高考虑到建筑要求定为370mm外,其它的框架梁高均按梁的跨度取用适当的值,最大梁高为550mm,其跨度为6.9m。

4 结构计算

异形柱框架结构的内力和位移应该按照弹性方法进行计算,并考虑抗侧力结构的共同作用。一般采用比较多的方法是先将异形柱截面换算成等惯性矩的矩形截面住,然后再次利用常用的空间分析程序进行结构和位移的计算等内容。

异形柱的截面尺寸主要考虑的是轴压比,还需要同时综合考虑其他方面的因素来确定。设计计算内容主要包括:异形柱结构截面承载力计算、异形柱结构的延性和刚度计算以及异形柱结构抗震性能的研究等主要内容,本文将不再重点探讨此部分内容。

5 主要构造措施

5.1异形框架柱

异形柱的截面肢厚取用200mm,既能保证钢筋与混凝土间的粘结强度,又能充分保证施工质最,而且又能和外墙的保温构造措施相匹配,因此对于多层建筑来说,200mm的肢厚是比较合适的。

框架柱非加密区箍筋的数量应满足受剪承载力计算值的需要,且箍筋数量不宜小于加密区的50%;箍筋间距应符合下列要求:对二级抗震等级不应大于10d;对于三级抗震等级不应大于15d(d为纵向钢筋直径)。框架柱净高与柱截面长边尺寸之比不大于4时,应沿柱全高加密箍筋,箍筋间距不应大于100mm,且箍筋的体积配箍率不宜小于1.0%。

为避免形成短柱,柱的净高与肢长之比不宜小于4,以保证异形柱的延性。为保证柱截面的稳定性,柱的肢长与肢厚之比不应大于4。对于多层建筑来说,由于柱的轴力较小,以上要求是比较容易满足的。

5.2梁柱节点

异形柱结构的梁柱节点构造基本与普通柱框架结构相同。但由于柱的肢厚和梁的宽度均较小,因此钢筋的构造还是有一些特殊之处。

在同一截面内,纵向受力钢筋宜采用相同直径,其直径不应大于25mm,且不应小于14mm。

内折角处应设置纵向受力钢筋。当柱中纵向钢筋间距超过250mm时,其间应设构造钢筋,直径可用12mm,并设拉筋,拉筋间距为箍筋间距的2倍。

异形柱肢厚小于200mm时,纵向受力钢筋每排不应多于2根;肢厚200mm-250mm时,每排钢筋不应多于3根,必要时可分两排设置。

本工程柱的肢厚和梁的宽度均为200mm,为避免梁柱的纵向钢筋相碰,采取如下的构造方法:梁的纵向钢筋在柱的纵筋的内侧绕过,为了避免梁纵筋受拉时产生很大的向外的张力,应使其弯折的角度尽量地小,一般不大于1/25,并在柱截面外侧梁中设2Φ8附加箍筋,用以抵消纵筋的张力。

从设计方案中也可看出,梁、柱的纵筋每排不宜多于2根,否则将使节点区钢筋过密,难以保证混凝土的浇筑质量。

参考文献:[1]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范GB50010-2002.北京:中国建筑工业出版,2002.[2]杨春凌.异形柱框架体系的设计探讨.山西建筑,2008.34(4).[3]DG/TJ08-009A-2001.钢筋混凝土异形柱结构设计规程(试行).[4]赵西安.现在高层建筑结构设计.北京:科学出版社,2000.