异形柱框架结构设计论文.doc

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1、异形柱框架结构设计论文1随着人们对房屋平面与空间布置的要求越来越高，从而对建筑设计布局有了新的要求。普通框架结构的露梁露柱对建筑平面与空间的分隔己越来越不能被房屋使用者所接受，因为它直接影响到室内家具的布置及空间的使用。建筑师要求结构工程师配合解决这个问题，因而在框架结构中以异形截面柱代替矩形柱。在此，笔者拟与广大设计人员共同探讨一下混凝土异形柱框架结构的设计与应用。2异形柱结构的设计与应用2．1异形柱及异形柱结构的定义2．1．1《混凝土异形柱结构技术规程》(GJ149-2006)对异形柱的定义是：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(柱肢截面高度与厚度的比值)不大于4的柱。L形截面柱多用于墙的转角部位，T形和十字形截面柱多用于纵横墙交接处。2．1．2所谓异形柱框轻结构即是由异形(T型、L型、十字型)柱组成框架，由轻质填充墙所形成的结构。根据建筑布置及结构受力的需要，异形柱结构中的框架柱，可全部采用异形柱，也可部分采用一般框架柱。建设部在1996年11月发布的文件中，对其特点做了如下阐述：1)由T形边柱、十字形中柱、L形角柱组成的框架：2)填充墙与柱壁同厚，室内不出现柱楞：3)因墙体减薄与砖混结构相比，可增加使用面积8％～10％；4)填充墙的墙体材料可根据当地保温

3、隔热要求，因地制宜，就地取材。2．2异形柱框架结构与矩形柱框架结构在设计中的差异2．2．1对于相同烈度和结构类型的两种体系而言，异形柱结构适用的房屋最大高度有较大幅度的降低。2．2．2对于相同结构类型的两种体系而言，异形柱结构弹性层间位移角限值、弹塑性层闻位移角限值更加严格一些。5学海无涯2．2．3钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对于相同烈度和结构类型的两种体系而言，异形柱结构抗震等级的确定方法更加严格一些，其在房屋高度的取值上降低了数值。2．2．4抗震设计时，扭转不规则的异形柱结构，楼层竖向构件的最大水平位移和

4、层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.45；而矩形柱框架结构的该比值为1.50。2．2．5抗震设计时，对于相同结构类型的两种体系而言，异形柱的轴压比限值均有不同幅度的降低，意味着其要求更加严格。2．2．6异形柱结构的地震作用计算，一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担，7度(0.15g)及8度，(0.20g)时尚应对与主轴成方向进行补充验算。2．3异形柱框架结构在SATWE中的设计与应用能够有效地分析带有混凝土异形柱的结构并进行截面配筋设计

5、，这是SATWE软件的特点之一。在梁的刚度、荷载、及截面配筋计算时，充分考虑了异形柱框架结构的特殊性。由于混凝土异形柱的柱肢较长，梁、柱在节点处的重叠部分较大，合理的力学模型简化应将重叠部分作为刚域，自重计算时不应重复计算重叠部分的混凝土重量，SATWE软件中对梁考虑了这样的力学模型简化：(1)梁的计算按扣除刚域后的梁长计算：(2)梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算；(3)截面设计按扣除刚域后的梁长计算；(4)梁端刚域的计算原则如下：记梁两端与柱的重叠部分长分别为Di和Dj，梁长为L(即两端节点问的距离)，梁高为H，则梁两端的刚域的长度分别为D

6、bi＝Ma×(0,DiH/4)Dbj＝Ma×(0,Dj—H/4)扣除刚域后的梁长为：LO＝L－(Dbi＋Dbj)2．4异形柱结构构造的设计心得5学海无涯2．4．1《异规》第6．1．3条规定，异形柱结构框架梁截面高度抗震设计时不应小于400mm。当节点的非弹性变形较大时，贯穿节点的柱纵向钢筋粘结退化与滑移加剧，甚至出现沿节点区柱纵向钢筋全长粘结破坏、现象发生。为保证其粘结应力不致过大，避免上述现象出现，规定梁的高度、即节点高度不能太小。异形柱结构框架节点钢筋粘结条件可能不如普通框架节点钢筋粘结条件，故务必遵守此条规定。2．4．2《异规》第6．1．

7、3条规定，异形柱截面的肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm。这是因为肢厚较小时，会造成梁柱节点核心区的钢筋设置困难及钢筋与混凝土的粘结锚固强度不足，故限制肢厚不应小于200mm，以保证结构的安全及施工的方便。而限制肢高一方面为了满足伸入柱内的梁纵向钢筋锚固长度，另一方面是考虑柱双向正截面承载力要求和双向受剪性能的要求。2．4．3《异规》第6．3．5．1条规定，抗震设计时，对二、三级抗震等级，贯穿中柱的梁纵向钢筋直径不宜大于该方向柱肢截面高度hc的1/30，当混凝土的强度等级为C40及以上时可取1/25，且纵向钢筋直径不应大干25mm。

8、矩形柱框架的框架梁纵向钢筋伸入节点后，其相对保护层一般能满足，而异形柱的c/d大部分仅为2.0左右，根据变形钢筋粘结锚固强度公式分析对比可知，后者的粘