浅析异形柱结构设计论文

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1、浅析异形柱结构设计论文摘要：本文详细阐述了异形柱框架的受力特点，对设计实际工程中异形柱结构的分析计算、构造措施等方面进行了探讨，并给出成功的工程设计实例。关键词：异形柱；框架1前言近年来，异形柱框架或异形柱框架一剪力墙结构作为一种全新的结构形式广泛用于小高层住宅建筑中，相对于传统的短肢剪力墙或框架结构，能更好的满足建筑需求且造价略有降低，因此具有更好的经济效益和社会效益。该结构形式一般指同层内异形柱数量超过柱总数量10％的框架或框架剪力墙结构，适用抗震设防烈度为6度或7度的地区。2受力特点异形柱是指柱截面摈弃了惯用的矩形柱.freelm，不大于300mm。肢长较大，《规程》规定不小于50

2、0mm，一般为600～800。除此之外，不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6，各肢截面厚度不能相差过大。虽然异形柱由剪力墙演变而来，但由于柱截面本身的特殊性，异形柱结构的受力特点既不同于剪力墙结构，也与普通框架相差很大，具有自己的独特性，在荷载作用的结构反应更加复杂。国内外大量的试验资料和理论分析证明，异形柱的破坏形态有：弯曲破坏、小偏压破坏、剪压破坏等，影响破坏形态的因素主要有：荷载角、轴压比、剪跨比、配箍率等。2．1整体计算分析异形柱的存在和不同的布置对结构整个抗侧力刚度影响很大，总体来讲相对于同样布置的同截面矩形柱结构，异形柱结构的整体性要好，刚度略由增强；而单结构形式来讲，异形柱结

3、构的刚度介于普通框架和框架剪力墙之间。文献2对8度区－6层住宅分别采用矩形柱和异形柱框架进行设计，然后分别采用SAT并没有体现出来，虽然可以建立异形柱的模型，但尚未增加异形柱这种结构形式。其内部的内力调整和截面配筋计算仍然按照矩形柱或者短肢剪力墙的模式进行的，这难免会带来误差，有时可能相差甚远。天津大学开发的异形柱设计软件CRSC尚未普及。目前很多设计都是把异形柱作为短肢剪力墙，按短肢剪力墙结构利用PKPM等空间软件进行分析设计，误差大在所难免。相对精确的设计方法是：假设梁柱节点与普通框架梁柱节点相同，按等主轴刚度及等截面面积两个条件把异形柱截面转化成等效矩形柱截面，利用空间有限元分析程

4、序进行内力分析，求出柱的内力重新按照有关异形柱截面的配筋计算公式进行截面配筋验算。但这种等效转化后的计算模型仍与实际结构有较大出入，由于异形柱肢长比较大，与梁相交时梁柱重叠部分较大，形成类似与壁式框架的梁柱刚域，梁的计算长度大大减小，实际结构的侧向刚度比计算模型大，导致地震力计算偏于不安全，文献3对柱内力在程序计算结果的基础上乘以约1.1的放大系数或者加大周期折减度以适当考虑其影响。但这也是权宜之计，且对于普通设计人员来讲过于费时费力，不利于提高效率。2．2正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力柱肢截面的差异，导致柱肢平面内外两个方向的截面特性相差较大，异形柱截面在轴压力及弯矩剪力共同作用下

5、，正截面承载力的计算是一个十分复杂的问题，因为柱截面中和轴一般不与弯矩作用平面相垂直，也不与截面边缘平行，其位置随截面尺寸、混凝土强度、配筋率及荷载角等诸多因素的变化而变化。进而导致柱肢平面内外两个方向的惯性矩差异明显，进而侧向刚度相差较大，对不等肢的截面表现尤甚。因此普通柱正截面抗弯验算的计算公式并不适用于异形柱，《规程》将异形柱截面划分为有限个混凝土单元和钢筋单元，仍然采用平截面假定给出了双向偏压的正截面承载力验算公式。由于多肢的存在，其截面的剪力中心往往在截面外，受力后主要依靠柱肢交点处的核心混凝土协调变形和传递内力，导致各柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力，柱肢易首先出现裂缝，核

6、心混凝土处于三向受剪状态，变形能力降低，脆性破坏特征明显。异形柱的斜截面受剪承载力也随荷载作用方向而变化，但对同一方向的地震作用由于翼缘的有利作用，通常比等面积矩形柱高，文献4表明，T形截面柱的受剪承载力至少为同截面面积矩形柱的1.15倍，L形柱则基本相同。2．3节点强度普通框架只要梁柱截面满足规范构造要求，节点核心区面积大，除二级或更高抗震等级的节点外，一般不需要特别进行节点抗剪验算。但异形柱框架的肢厚不大，节点核心区有效水平截面积小。另外，异形柱由于轴压比的要求，通常肢长较大，相对同截面面积的矩形柱来讲，刚度大，地震作用大，相应的节点剪力比相同布置下(柱面积相等)的矩形柱结构大很多。

7、因此异形柱框架节点一般都需要验算节点抗剪强度。同时，异形柱肢厚度偏薄，节点斜压机制引起的核心区斜压力相对较大，钢筋握裹性能差，施工质量的可靠性也难以满足。异形柱截面形式的不同，其节点受剪承载力也差别较大。十形截面柱的翼缘布置在节点截面中间受力最大的部位，翼缘的作用得以充分发挥，节点受剪承载力与同截面面积的矩形柱相差不大，T形截面次之，L形相差最大，受剪承载力下降最大。文献5研究表明：L形、T形、十形柱节点的受剪承载力比具有相同有效截