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1、!#年 第 $ 期!#$%& $(%)&(*住 宅 科 技图 ! 异 形 柱 一 般 形 状随 着 人 们 对 住 宅 在 使 用 功 能 、 空 间 划 分 上 的 要求 不 断 提 高 ， 要 求 有 大 的 厅 ， 甚 至 挑 空 跃 层 ， 房 间 的开 间 越 来 越 大 ， 平 面 布 置 要 求 灵 活 ， 传 统 的 砖 混 结 构的 住 宅 已 经 越 来 越 不 能 满 足 人 们 的 需 要 了 ， 于 是 框架 结 构 被 逐 渐 运 用 于 多 层 住 宅 中 。 然 而 ， 框 架 结 构 有一 个 致 命 的 缺 点 ， 它 的 柱 尺 寸 一 般 要 比 墙 厚
2、 大 ， 所 以会 在 房 间 中 形 成 柱 楞 ， 影 响 美 观 ， 对 使 用 也 带 来 一 定的 不 便 ， 因 此 ， 异 形 柱 框 架 结 构 作 为 一 种 比 较 适 用 的结 构 形 式 被 逐 渐 的 推 广 开 来 。异 形 柱 结 构 是 指 柱 肢 的 截 面 高 度 与 柱 肢 宽 度 的比 值 在 #$ 之 间 ， 一 般 为 “ %” 型 、“ 十 ” 字 型 、“ &” 字型 、“ ” 型 柱 （ 图 !） 。 目 前 ， 异 形 柱 结 构 尚 无 国 家 规 范可 循 ， 仅 有 几 部 地 方 法 规 ： 广 东 省 标 准 （ ()*+!,-!,
3、-.,）/!0， 天 津 市 标 准 （ ().-!1-.2）/0和 上 海 市 试 行规 程 （ (3+*42-44.5-44!）/60可 供 参 考 。! 结 构 特 点异 形 柱 结 构 形 式 有 异 形 柱 框 架 结 构 、 异 形 柱 框架 剪 力 墙 结 构 和 异 形 柱 框 架 核 心 筒 结 构 。由 于 异 形 柱 截 面 的 特 殊 性 ， 使 墙 肢 平 面 内 外 两个 方 向 的 刚 度 差 异 明 显 ， 所 以 其 受 力 时 承 载 能 力 也相 差 较 大 。异 形 柱 由 于 多 肢 的 存 在 ， 其 剪 切 中 心 与 截 面 形心 往 往 不 能
4、 重 合 ， 受 力 时 要 靠 各 柱 肢 交 点 处 核 心 混凝 土 协 调 变 形 和 内 力 ， 这 种 变 形 协 调 使 柱 肢 内 产 生很 大 的 翘 曲 正 应 力 和 剪 应 力 。 由 于 剪 应 力 的 存 在 ， 使柱 肢 混 凝 土 先 于 普 通 柱 产 生 裂 缝 ， 也 使 得 各 肢 核 心混 凝 土 处 于 三 向 剪 力 状 态 ， 导 致 异 形 柱 变 形 能 力 降低 ， 脆 性 明 显 。 轴 压 比 控 制天 津 大 学 的 实 验 研 究 结 果 表 明/$0： 异 形 柱 的 延 性比 普 通 柱 差 ， 而 柱 的 轴 压 比 是 影
5、响 混 凝 土 柱 延 性 的一 个 重 要 因 素 。 由 实 验 结 构 分 析 表 明/,0， 柱 的 侧 移 延性 比 随 着 轴 压 比 的 增 大 而 急 剧 下 降 。 因 此 控 制 异 形异 形 柱 框 架 结 构 设 计 探 讨!#$%#& & !(#) &* +,(-./012.,(3 4&/%5 67.5( 187%-8%7(卞 益 君 )789 :7;=5?A7BCB摘 要 为 适 应 住 宅 平 面 灵 活 布 置 ， 异 形 柱 框 架 结 构 是 一 种 较 好 的 结 构 形 式 。 根 据 异 形 柱 框 架 结构 受 力 时 三 向 剪 力 状 态 、 变
6、 形 能 力 降 低 、 脆 性 明 显 等 特 点 ， 论 述 了 在 设 计 应 注 意 轴 压 比 控 制 、 计 算 方法 、 结 构 构 造 等 方 面 的 要 求 ， 阐 述 了 使 用 计 算 软 件 的 体 会 。关 键 词 异 形 柱 框 架 轴 压 比 延 性 结 构 计 算 构 造 要 求9:#87.-8 G LCCB BAC MNCO7PNC QRCNN79E SN89T BAC DSC78N-DA8SCQ GN .?./ -&5,7(#& 7.8&3%-8/8 #87%-8%7./ 7(%7(5(8#卞 益 君 ， !. 年 毕 业 于 同 济 大 学 ， 一 级 注
7、 册 结 构 工 程师 。规 划 设 计!,!#年 第 $ 期!#$%& $(%)&(*住 宅 科 技图 ! 翼 缘 位 于 受 压 区图 翼 缘 位 于 受 拉 区柱 的 轴 压 比 是 为 了 保 证 柱 有 足 够 大 的 截 面 尺 寸 ， 防止 小 偏 压 破 坏 ， 提 高 柱 的 变 形 能 力 。 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 （ #$%&()*） 中 规定 了 钢 筋 混 凝 土 柱 轴 压 比 !（ #+$） 的 限 值 ， 但 这 个限 值 是 针 对 普 通 矩 形 柱 提 出 的 ， 而 异 形 柱 轴 压 比 限值 的 取 值 直 接 影 响 到 结 构 的
8、安 全 性 。对 于 普 通 矩 形 柱 ， 根 据 钢 筋 混 凝 土 柱 大 小 偏 心受 压 界 限 破 坏 的 条 件 ， 得 出 了 钢 筋 混 凝 土 柱 轴 压 比限 值 的 标 准 值 !, 和 设 计 值 !- 。.!,/0!1,2（ #+,%&） !1式 中 !1, 柱 截 面 大 小 偏 心 受 压 界 限 破 坏 时 的 轴向 承 载 力 标 准 值 ；#+, 混 凝 土 的 轴 心 抗 压 强 度 标 准 值 ；%、 & 分 别 为 矩 形 截 面 的 宽 度 和 高 度 ；1 界 限 破 坏 时 柱 截 面 的 相 对 受 压 区 高 度 。.!-/0!12（ #+
9、%&）式 中 !1 柱 截 面 大 小 偏 心 受 压 界 限 破 坏 时 的 轴 向承 载 力 设 计 值 ；#+ 混 凝 土 的 轴 心 抗 压 强 度 设 计 值 。利 用 !12!1,03#!#,4#5!5,627!#,8!5,6!9:%， #+,!9:;)#+得 .!-/0（ 9:%可知 对 称 配 筋 钢 筋 混 凝 土 矩 形 截 面 柱 轴 压 比 限 值 的 设计 值 大 约 是 标 准 值 的 9:=% 倍 ， 工 程 中 柱 纵 筋 一 般 采用 $级 钢 筋 ， 10*:%*， .!-/09:=% 忽 略 受 拉 区 混 凝 土 的 拉 应 力 ， 则该 A 形 截 面
10、 相 当 于 截 面 宽 度 为 %、 高 度 为 & 的 矩 形截 面 ；当 翼 缘 位 于 受 压 区 时 （ 图 !） ：一 般 有 (1F&CE。 忽 略 受 拉 区 混 凝 土 的 拉 应 力 ， 则由 大 、 小 偏 心 受 压 界 限 破 坏 时 ， 力 的 平 衡 条 件 可 得!1,0#+,1%&)4#+,7%CEG%H&CE， 取 &*0*:?&， .!,/0!1,I（ #+,%&）0&:?18（ %CEG%H&CE2（ %&） 0&:?18# CE。.!-/09:=%.!,/09:=%（ &:?18# CE） ， 由 此 可 见 ， 当“ A” 型 截 面 翼 缘 位 于
11、 受 压 区 时 ， 轴 压 比 限 值 可 提 高 。但 是 在 水 平 地 震 力 作 用 下 ， 结 构 会 承 受 不 同 方向 的 弯 矩 作 用 ， 所 以 “ A” 型 截 面 的 轴 压 比 限 值 仍 宜 按较 小 的 情 况 取 值 。 由 此 看 出 “ A” 型 截 面 在 计 算 轴 压 比时 用 的 是 % 和 & 的 值 ， 而 不 是 全 截 面 面 积 ， 所 以 当 用全 截 面 面 积 来 衡 量 轴 压 比 限 值 时 ， 必 然 比 普 通 的 矩形 柱 轴 压 比 限 值 小 。同 样 的 ，“ 十 ” 字 型 截 面 虽 然 在 两 个 方 向 作
12、 用 下 ，翼 缘 均 能 参 与 工 作 ， 但 是 由 于 翼 缘 靠 近 中 和 轴 ， 这 部分 截 面 上 的 应 力 远 小 于 #+， 所 以 当 用 全 截 面 面 积 来衡 量 十 字 型 截 面 轴 压 比 限 值 时 ， 也 要 比 普 通 的 矩 形柱 轴 压 比 限 值 小 。由 此 可 见 ， 异 形 柱 的 轴 压 比 限 值 应 比 普 通 矩 形柱 严 格 。对 于 异 形 柱 的 轴 压 比 的 限 值 在 各 本 地 方 规 程 中的 规 定 也 有 所 不 同 。 广 东 规 程 中 规 定 按 混 凝 土 结构 设 计 规 范 的 规 定 减 少 &:
13、&% 取 用 ； 天 津 规 程 则 根据 箍 筋 间 距 与 主 筋 直 径 之 比 、 箍 筋 直 径 及 抗 震 等 级共 同 确 定 ， 其 要 求 比 广 东 规 程 要 高 ； 上 海 规 程 （ 试 行 ）中 根 据 抗 震 等 级 对 不 同 截 面 形 式 的 异 形 柱 做 了 不 同的 规 定 。 “ 一 ” 字 型 和 “ J” 字 型 截 面 的 异 形 柱 要 求 最高 ， 三 级 、 二 级 抗 震 等 级 下 分 别 要 求 为 *:% 和 *:;%。异 形 柱 是 一 种 介 于 短 肢 剪 力 墙 与 普 通 柱 之 间 的结 构 形 式 。 高 层 建 筑
14、 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 （ K#K!G*） 第 =:9:; 条 对 短 肢 剪 力 墙 的 轴 压 比 做 出 限定 ： 抗 震 等 级 为 一 、 二 、 三 时 分 别 不 宜 大 于 *:%、 *: 和*:=； 对 于 无 翼 缘 或 端 柱 的 一 字 形 短 肢 剪 力 墙 ， 其 轴压 比 限 值 相 应 降 低 *:9。 所 以 建 议 在 异 形 柱 框 架 结 构设 计 中 对 柱 轴 压 比 的 控 制 不 松 于 高 规 对 短 肢 剪 力墙 的 限 值 ， 对 于 “ 十 ” 字 型 截 面 可 适 当 放 宽 。 另 外 ， 应尽 量 避 免 在 设 计
15、 中 出 现 短 柱 。! 正 确 进 行 结 构 计 算规 划 设 计9!#年 第 $ 期!#$%& $(%)&(*住 宅 科 技! 为 截 面 中 和 轴 ； !中 和 轴 至 计 算 坐 标 原 点 的 距 离 ；! 中 和 轴 法 线 与 # 轴 的 夹 角图 $ 各 不 同 异 形 柱 计 算 简 图图 % 柱 梁 结 点 构 造&异 形 柱 ； 框 架 梁 ； (附 加 封 闭 箍 筋 （ 不 小 于 )） ；$梁 的 纵 向 受 力 钢 筋异 形 截 面 柱 正 截 面 承 载 力 计 算 ， 采 用 将 柱 截 面划 分 为 有 限 多 个 混 凝 土 方 格 单 元 和 钢
16、筋 单 元 ， 近 似地 取 单 元 内 的 应 变 及 应 力 均 匀 分 布 ， 其 合 力 点 即 在单 元 形 心 处 ， 按 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 *+&+ 条 假 定进 行 计 算 （ 图 $） 。在 结 构 计 算 中 ， 应 选 用 可 以 直 接 计 算 异 形 柱 结构 的 计 算 软 件 ， 如 建 研 院 的 ,!,、 -!,./； 广 东 省 建院 的 -、 -.； 天 津 大 学 的 01-0。 不 能 以 剪 力 墙 来建 模 ， 应 用 柱 建 模 ， 选 用 双 偏 压 计 算 。此 处 ， 对 于 使 用 建 研 院 2324 系 列 计 算 软 件 进行 异 形 柱 结 构 计 算 时 得 到 的 体 会 做 一 些 阐 述 。在 24 平 面 建 模 中 可
