钢筋混凝土异形柱框架结构设计分析.pdf

第 4 2卷第 1 2期 2 0 1 5年 1 2月 建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n i q u e De v e l o p me n t Vo 1 4 2No 1 2 De c 2 O1 5 钢筋混凝土异形柱框架 结构设计分析 周长明 ，朱振宇 ( 1 周 口市建筑设计研究院，河南周 口4 6 6 0 0 0 ；2 河南长城铁路 工程建设咨询有限公 司，郑州4 5 0 0 0 0 ) 摘要 介绍异形柱的概念 、 应用及适应范围， 概括异形柱的性能 ， 通过对结构设计中常出现的问题进行分析 ， 并探讨相应的解决方案和对策 ，为从事异形柱框架结构设计工作带来一定帮助。 关键词 异形柱 ；框架结构 ； 结构设计 ；平面布置 中图分类号 T u 3 7 5 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 5 ) 1 2 0 0 2 1 0 3 DES I GN ANALYSi S OF SPECI ALLYI S HAPED REI NFoRCED CoNCRETE CoLUM N FRAM E STRUCTURE Zh ou Cha ng m i ng ，Zh u Zh e n yu E Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e c o n c e p t ， a p p l i c a t i o n s c o p e a n d p e r f o r ma n c e o f s p e c i a l l y s h a p e d c o l u mn ， a n a l y z e d c o mmo n p r o b l e m s i n s t r u c t u r a l d e s i g n a n d d i s c us s e d r e l e v a n t s o l ut i o n s a n d me a s u r e s ， p r o v i d i ng c e r t a i n a s s i s t a n c e f o r t h e d e s i g n o f s pe c i a l l y - s h a p e d c o l u mn f r a me s t r u c t u r e E Ke y wo r d s s p e c i a l l y s h a p e d c o l u mn ； f r a me s t r u c tur e ； s t r u c t u r a l d e s i g n ； p l a i n l a y o u t 异形柱是指在满足结构承载能力要求的条 件下，由于建筑使用功能、设计布置的限制 ，采 取不同截面形状的柱。异形柱框架结构是指全部 或部分柱截面为 L形 ，T形 ，十字形，异形柱肢 高与肢厚之比在 2 4 ，肢厚不小于 1 8 0 mm 的框 架结构。包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙。 在进行结构平面布置时，由于建筑使用功 能及美观要求 ，必须设置一字形柱截面，只能在 柱截面一个方向布置框架梁 ，为保证柱平面外的 刚度与稳定 ，应在柱截面另一方向沿柱肢宽增设 暗梁，且一字形柱截面宽度应满足规范要求的不 小于 3 0 0 mm。 1 异形柱框架结构的特点及适用条件 1 1 异形柱框架结构特点 ( 1 ) 具有一般框架结构整体性较强 ，抗震 收稿 日期 ：2 0 1 5 1 0 L _ 1 0 作者简介： 周长明( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 河南周 口人 ， e m a i l ： z e m1 6 6 8 q q c o l no 延性好的优点。 ( 2 ) 兼有砌体结构优点，又有效解决了砌 体房屋超高的技术问题。 ( 3 ) 填充墙厚度一般与异形柱肢厚相同， 柱不凸出在墙体外面，墙面平整美观，使用面积 能增加6 一 9 。 既提高了建筑功能， 又经济美观。 ( 4)由于填充墙采用新型轻质墙体材料 ， 既有利于保温隔热，又有利于减轻房屋重量 ，比 普通框架结构节约造价约 9 1 4 ，同时能充 分利用工业废料 ，避免破坏农田，节约能源 。因 此 ， 异形柱框架结构具有较好的使用及经济效益。 1 2异形柱结构的缺点 ( 1 )节点区域薄弱 ，异形柱节点区混凝土 振捣难以密实 ，使节点承载力降低程度较矩形柱 框架结构严重。 ( 2)异形柱框架结构设计较复杂，柱肢厚 度与梁的宽度相比矩形柱较小，异形柱柱内钢筋 较多，使施工的难度较矩形柱困难很多。 21 第 1 2期 周长明，等：钢筋混凝土异形柱框架结构设计分析 第 4 2 卷 ( 3 )异形柱结构相较矩形柱结构混凝土用 量增加 5 7 ，钢筋用量约增加 4 1 0 ， 因此造价较矩形柱高 ，比砌体结构房屋更高。 ( 4) 在最不利荷载作用荷载角方向下， L 形 、 T 形截面柱比矩形截面柱的延性分别低 9 1 4 及 5 l 0 。 1 3 异形柱框 架结构适 用条件 ( 1 ) 居住建筑 ( 住宅及宿舍 )； ( 2 ) 抗震设防烈度为 7 度 ( 0 1 0 g及 0 1 5 g) 和 8 度 ( O 2 0 g ，I 、I I 、I I I 类场地 )； ( 3 ) 柱网尺寸不宜大于 7 2 m； ( 4) 房屋总高度的限制。 2 异形柱 结构设计须知 2 1 异形柱抗震等级 抗震等级一般根据抗震设防烈度 、结构类 型、房屋高度等划分。抗震等级不同，则结构设 计采用不同的抗震措施。异形柱框架结构的延性 比矩形柱框架要低 ，因此，异形柱框架结构的抗 震等级较矩形柱框架要高 ( 表 1 ) 。 表 1 异形柱结构抗震等级 抗震设 防烈度 结构体系 6度 7 度 8 度 0 0 5 g O Og 0 5 g 0 2 0 g 框架 高度 m 2 l 2 1 2 1 2 1 l 8 l 8 1 2 结构 框架 四 = = 三( 二 ) 二( 二) 一 一 框架 一 高度 m 3 0 3 0 3 O 3 0 3 0 3 0 2 8 剪力墙 框架 四 = ： = 三 ( 二) 二( 二 ) 。 结构 剪力墙 三 = 二 ( 二) 二( 一 ) 一 一 一 2 2 异形柱截面设计注意事项 对混凝土异形柱结构 ，从结构安全和经济 合理等方面考虑，应对其房屋最大高度加 以限 制 ， 最大高度应符合表 2 ， 高宽比是对结构刚度、 整体稳定 、承载能力和经济合理性的宏观控制， 异形柱结构适用的最大高宽比不宜超过表 3的限 值 ；满足水平位移限值的要求 ，应符合表 4 。影 响安全因素的建筑结构有三个级别 ： 结构方案的 影响 ， 内部受力分析和截面设计等因素。 2 3 异形柱框 架结构布置 ( 1 )异形柱框架结构出现扭转变形肯定会 给结构带来不利影响，合理的结构平面布置要求 2 2 表 2 最大使用高度限值 非抗震 抗震设计 结构体系 6 度 7 度 8 度 设计 OrO5 g 0 1 0 g 0 1 5 g 0 2 0g 框架结构 2 4 2 4 2 1 1 8 l 2 框架 一 剪力墙 结构 4 5 4 5 4 0 3 5 2 8 表 3 最大高宽比限值 非抗震 抗震设计 结构体系 6度 7度 8 度 设计 005 g 0 1 O g 0 1 5g O 2 0 g 框架结构 2 5 4 3 5 3 2 5 框架 剪力墙 5 5 4 5 4 3 5 结 构 表 4 异形柱结构层间位移角限值 弹性层 间位移角 弹塑性 层间位移 角 结构体 系 限值 限值 慨 框架结构 1 6 0 0 ( 1 7 0 0 ) 1 6 0 ( 1 7 0 ) 框架 剪力墙结构 1 8 5 0 ( 1 9 5 0 ) 1 1 1 0 ( 1 1 2 0 ) 结构的平面和竖向布置宜简单，对称，规则 ，均 匀与刚度尽量做到协调一致，异形柱上两个主轴 方向的布置要协调对称。 ( 2 )异形柱结构的框架纵、横轴 网宜分别 对齐拉通 ；异形柱肢厚中心线宜与框架梁中心线 对齐，保证结构受力均匀 ，确保结构的承载力 、 刚度 、抗震性及稳固度满足要求。 ( 3 )结构布置时不要 出现错层现象 ，结构 竖向体型宜规则布置 ，可有效预防楼层出现竖向 的刚度突变 。 ( 4) 对于其他特殊部位 ，传力途径较为复 杂的，选用一般框架柱，满足抗震规范的要求。 ( 5) 异形柱结构不应用于大跨框架结构 ， 不宜在楼层半层处单面设置挑梁。 3 设计 实例 某教师公 寓住宅 楼长 6 8 4 1T I ，宽 1 6 8 1T I ， 设计 7 层 ，层高 3 In ，建筑面积为 5 8 6 8 1 8 I I l 2 ， 结构高 2 1 4 3 1T I ，抗震设防烈度为 6 度 ，设计基 本地震加速度 0 0 5 g ，设计地震分组为第一组， 场地类别为三类 ，采用异形柱框架结构 ， 异形柱 框架抗震等级为三级。采用 S A T WE程序分析 ， 各层间位移角满足异形柱技术规程对层问位移的 规定；同时重视抗震概念设计 ， 加强构造措施。 目前已竣工验收交付使用 ，经观察结构整体状况 第 4 2卷第 l 2期 2 0 1 5 年 1 2月 建筑技术开发 B u i l d i n g T e c h n i q u e De v e l o p me n t Vo 1 4 2 No 1 2 De c 201 5 有限元法在大跨度钢结构卸载 模拟分析中的应用 陈国庆，于江 ，刘雨婷 ，乐风江 ，秦拥军 ( 新疆大学建筑工程 学院，乌鲁木 齐8 3 0 0 4 7 ) 摘 要 结合实际工程 ， 借助通用有限元软件， 分别给出两种不同建模方法下结构拆撑前后的应力变化情况， 并与实测应变观测数据对 比， 阐述施 工模拟分析 的实用性和准确性 ， 找出结构在卸载 中薄弱环节， 并 提出相应施工建议， 为今后类似工程施工提供参考。 关键词 大跨度钢结构 ；卸载应力 ；施工过程模拟 ；有 限元 中图分类号 T U 7 5 8 文献标志码A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 x ( 2 O 1 5 ) 1 2 _ J 0 0 2 3 _ 0 4 AP PLI C TI oN oF FEM I N THE ANALYS I S OF LARGE S P AN S TEEL S TRUCTURE UNLOADI NG S I M ULATI oN C h e n Gu o q i n g ， Y u J i a n g， L i u Y u t i n g， Y u e F e n g i a n g ， Q i n Y o n g u n Ab s t r a c t C o mb i n e d wi t h t h e a c t u a l e n g i n e e r i n g ， t wo d i ff e r e n t k i n d s o f mo d e l i n g me t h o d we r e g i v e n i n t h i s p a p e r t o c a l c u l a t e t he v a r i a t i o n o f s t r e s s b e f o r e a nd a f t e r s u p p o r t i n g b y t h e g e n e r a l fin i t e e l e me n t s o f t wa r e Al s o ，c o mpa r i n g t h e c a l c ul a t e d r e s u l t s a n d t he me a s u r e d s t r a i n ， e x p o u n di ng t h e p r a c t i c a b i l i t y a n d a c c u r a c y o f c o n s t r u c t i o n s i mu l a t i o n a n a l y s i s t o i d e n t i f y s t r u c mr a l we a k n e s s e s d u r i n g t h e u n l o a d i n g At l a s t ， a p p r o pr i a t e c o n s t r u c t i o n r e c o mme n d a t i o n s we r e ma d e t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r f u t u r e s i mi l a r p r o j e c t s Ke y wo r d s l a r g e s p a n s t e e l s t r u c tur e ； u n l o a d i n g s t r e s s ； c o n s t r u c t i o n p r o c e s s s i mu l a t i o n ； F E M 由于大跨度钢结构 的特点 ，决定其空间结 构体 系往往并非一次成型。独特的建筑造型 、 复杂的结构体系和所处 的地理位置环境导致其 收稿 日期：2 0 1 5 1 0 - 一 1 2 作者 简 介：陈 国 庆 ( 1 9 9 )，男 ，江 苏盐 城 人，e m a i l e h e n g q _x j 1 2 6 e o m。 巳 e ， 施工过程将经历少则几个 、多则数十个截然不 同的受力阶段 ，这必然引起结构在各个施工 阶 段产生有别于设计阶段的施工荷载和受力工况。 例如 ，大型结构构件吊点的受力情况 、胎架拆 撑后大跨度 、大悬臂结构的内力重分布情况 以 良好 。 4结束语 异形柱框架结构有较大市场需求 ， 在结构设 计 中应根据异形柱框架结构的受力特点 ， 了解结 构破坏机理 ， 选用合理的结构布置形式 ， 充分掌 握计算分析的方法，优化结构构造，正确判断计 算结构的合理性 ， 根据判断结果合理配置异形柱 结构截面钢筋，保证建筑结构安全、稳固。 参考文献 1 】刘 明泉 ， 胡耀东 异形柱 框架地震 反应分析 J 1 _ 河北工业大学 学 报 ， 2 0 1 0 ( 6 ) 2 宋 穗 徽 混 凝 土异 形 柱 框 架 结 构 的 设 计 探 讨 J 工 程 与 建 设 ， 2 o o 7 ( 1 ) 3 】 GB 5 0 0 1 1 -2 0 1 0， 建筑抗震设计规 范 s 4 J 刘云飞， 刘国清， 蒋沧如 异形柱框架结构设计中的问题探讨 建筑技术开发， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 2 4 2 6 5 J G J 1 4 9 -2 0 0 6 ， 混凝土异形柱结构技术规程 s 23