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建筑工程中异形柱框架结构设计结论

收藏本文 2024-03-18 点赞:18990 浏览:83788 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘 要:目前,在我国许多城市都推广和应用异形柱框架结构,因其有诸多的优点,室内不出现棱角、便于家具布置、扩大房间的有效使用面积等。文章简述了异形柱框架结构体系的特点及设计要点,并结合具体实例,探讨了异型柱框架结构在实际工程中的设计应用,以供参考。
关键词:建筑;异形柱框架结构;设计

1 异型柱框架结构体系的特点

特点:①柱肢厚通常采用180~200mm,肢厚基本与填充墙等厚,框架梁宽也同墙厚,室内不凸出梁柱,便于使用又美观,同时还增加了房间的使用面积,比相同形式的砖混结构可增加约8%~10%的使用面积;②柱的平面布置很灵活,异型柱结构的围护墙通常是非承重的轻质隔墙,受建筑的限制较少,这使得房间布置更加灵活,可很好地满足业主对大开间建筑的需求;③异型柱框架与矩形框架相比,抗震性能有明显的提高,质量减轻是其抗震性提高的主要原因,此外,抗侧刚度对抗震性能的提高也有一定的影响;④虽然增加了施工难度,但因扩大了使用面积,加之自重较轻,减少了基础费用,综合考虑总体经济效益较好。

2 异型柱框架结构的设计要点

2.1 结构布置

与—般钢筋混凝土框架结构相比,异形柱框架结构在结构布置时应注意以下要点:
(1)为了避免扭转带来的不利影响,结构平面宜尽量对称,使平面和刚度均匀,两个主轴方向应协调布置;如果有明显的不对称,应考虑扭转对结构受力的不利影响。
(2)异形框架宜双向设置,框架柱应对齐,框架梁应拉通,避免纵横框架梁相互支撑

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,使结构形成空间受力并具有足够的承载能力、刚度和稳定性,同时具有良好的整体性和较好的抗震性能。
(3)为了避免过大的外挑和内收,防止楼层刚度沿竖向的突变,竖向布置应力求体型规则、均匀,尽量避免错层。
(4)受力复杂部位的异形柱,宜采用一般框架柱。

2.2 适用的房屋最大高度和最大高宽

异形柱框架结构在6 度(0.05 g)抗震设防烈度区,房屋最大高度24 m,高宽比不宜大于4;异形柱框架在7 度(0.10 g)抗震设防烈度区,要求房屋高度小于35 m,层数小于12 层,建筑物的高宽比不宜大于5;在8 度(0.20 g)抗震设防烈度区,房屋高度小于25 m,建筑物的高宽比不宜大于4。另外,柱净高与截面长边之比,即长细比宜大于4 小于8。长细比小于4(即短柱),容易发生脆性剪切破坏;长细比大于8,易引起失稳破坏。

2.3 抗震等级

抗震等级的高低,体现了对抗震性能要求的严格程度,它是计算和构造上保证结构延性和变形能力而采取的必要措施。抗震等级一般根据地区的抗震设防烈度、结构类型、结构高度来确定。由于异形柱框架其延性低于矩形柱框架,因此其抗震等级也高于同高度的矩形柱框架结构。

3 设计实例

3.1 工程概况

某建筑地下一层(层高3.6 m),地上7 层(层高3 m),顶层为坡屋顶,总层高为3×7+3.6=24.6 m。经过研究讨论,该工程确定采用异形柱框架结构设计,地下本工程抗震设防烈度为7 度,异形柱框架结构的抗震等级为,异形柱结构弹性层间位移角限值为1/600,弹塑性层间位移角限值为1/60,轴压比限值:L 形0.60,T 形0.65,十字形0.70。

3.2 平面布置

(1)鉴于异形柱受力复杂且抗震性能不好,能采用矩形柱的地方优先采用矩形柱,对于卧室等对空间有要求的地方采用异形柱。
(2)设计时应和建筑师商量尽量使纵横柱网轴线对齐拉通,震害表明柱网轴线不对齐形不成完整的框架,可能因扭转效应和传力路线中断等问题引发严重震害。
(3)对于异形柱结构L 形柱宜采用两肢等长的柱,但是由于建筑方案地下室一侧为停车库,为了保证车子出入的宽度,这一排异形L 柱均采用不等长的柱,但保证两肢肢高比不超过1.6。
(4)在用PKPM 建模时,因为建筑图中有部分轴线间离不大,若建两个节点容易出现短梁,而且建两个节点柱子只能布置在一个节点上,另一节点上的梁程序不可以搭在此柱上,这样程序计算时容易出错,所以对此问题的解决办法是两轴线间离不大时,一轴线上的梁柱采用偏心方式布置在另一轴线上,这样就解决了短梁和不认梁搭柱的情况。
(5)电算建模中柱子配筋要采用双偏压原则,考虑双向地震作用计算。

3.4 PKPM 计算

PKPM 计算结果,见表

1、表2。

表1 周期、地震力与振型输出文件(侧刚分析方法)
表2 SATWE 位移输出文件

PKPM 系统完成了异形柱的布置、计算、施工图设计,但在异形柱布置时,要注意偏心、转角的应用;在TAT 或SATWE计算时要知道异形柱的刚度计算、刚域计算、整体内力到柱肢内力的分配计算,特别是轴力的分配计算和异形柱的配筋计算;在绘制施工图时要了解异形柱的构造要求和角点筋的配置,架立分布筋的设置。

3.5 其他方面

顶层托斜层顶的柱,规程没涉及,它所受轴力、弯矩均不大,柱本身强度没问题,关键是顶部结构的整体性能。设计人员自动把握抗震设计的异形柱结构不应有的错层,原因是避免形成短柱,但楼梯处容易形成短柱,所以,在楼梯间两侧布置剪力墙,其他地方可用异形柱,但能用方柱的地方尽量用方柱。

4 结束语

民用建筑的市场需求日益朝着大开间、大空间的方向发展,给异形柱框架结构体系带来了广泛的应用前景,尤其是在地震烈度7 度以下地区,它不失为一种安全、经济的结构方案选择。当然,异形柱框架结构的弱点不容忽视,但其优点也很明显。只有在设计中遵循概念设计要求,充分了解异形柱的受力特点和破坏机理,选用合理的结构布置,处理好结构构造,正确使用计算机分析方法,才能确保结构安全可靠、经济适用。
注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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