基于異形柱框居民小區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、基于異形柱框居民小區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    摘要：本文結(jié)合某居民小區(qū)異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)例，論述了異形柱框架及框架剪力墻住宅結(jié)構(gòu)計(jì)算分析及設(shè)計(jì)情況，并比較了兩種設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算結(jié)果，提出了自己的建議。 關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；框架剪力墻；異形柱結(jié)構(gòu)；計(jì)算分析 Abstract: based on a residential area of special-shaped columns structure design of the examples, the article special-shaped columns frame and the frame shear

2、 wall residential structure analysis and design calculation, and compares the two kinds of design software of the calculation results, the author puts forward his own advice. Keywords: structure design; frame shear wall; Special-shaped columns structure; Calculation and analysis 中圖分類(lèi)號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章

3、編號(hào)： 1工程概況 某花園居民小區(qū)位于浙江某文化街與人民路交叉口南側(cè)，總建筑面積23萬(wàn)m2，其中異形柱框輕結(jié)構(gòu)住宅16幢，共約12萬(wàn)m2。分七層帶電梯住宅及五層住宅兩種，均設(shè)有半地下車(chē)庫(kù)、庫(kù)房及頂層閣樓。住宅平面為錯(cuò)層式，地下室層高2.65m、3.12m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3m，七層高3.35m、3m，閣樓層高3.35 m。如圖1圖2所示。整個(gè)小區(qū)設(shè)計(jì)2006年完成，現(xiàn)已交付使用多年。 圖1 圖2 根據(jù)框輕結(jié)構(gòu)自重及建筑使用功能要求，內(nèi)隔墻采用80mm厚GRC輕質(zhì)墻板(0.45kNm2)，分戶墻為250 mm厚加氣混凝土砌塊(7kNm3)，外墻為300mm厚加氣混凝土砌塊，梁柱外貼50mm厚EPS板。

4、 根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，場(chǎng)地土主要由粉土、細(xì)砂、粉質(zhì)粘土組成，為中軟場(chǎng)地，場(chǎng)地類(lèi)別為類(lèi)，基本地震烈度為6度，地下水位深約15m，場(chǎng)地?zé)o地震液化現(xiàn)象，為建筑有利地段。主要土層物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。 表1 根據(jù)地基情況及工程特點(diǎn)，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，筏板不設(shè)伸縮縫，長(zhǎng)度超過(guò)45m時(shí)設(shè)施工后澆帶一道；板厚為600mm (7層)及500mm (5層)，由于南北私家花園較室外地面抬高1050mm及900mm，半地下室南北縱向外墻除各單個(gè)車(chē)庫(kù)入口外為200mm混凝土墻，東西山墻則為360mm實(shí)心磚墻。 2結(jié)構(gòu)選型與布置 本工程A座住宅樓地面以上七層，加上半地下室及閣樓層，其結(jié)構(gòu)層實(shí)際為九層，從室外地面算起，高度超出了

5、浙江異形柱規(guī)程對(duì)異形柱框輕體系框架結(jié)構(gòu)限高25m的要求，而且建筑要求設(shè)電梯并，因此采用異形柱框一剪結(jié)構(gòu)體系。在滿足層間位移要求及剪力墻部分承受的結(jié)構(gòu)底部地震彎距大于結(jié)構(gòu)底部總地震彎距50條件下，其剪力墻的布置盡量少一些，以減小結(jié)構(gòu)剛度及地震反應(yīng)并減輕結(jié)構(gòu)自重，剪力墻布置盡量對(duì)稱(chēng)均勻，避免扭轉(zhuǎn)帶來(lái)的不利影響。對(duì)較長(zhǎng)的墻肢開(kāi)設(shè)洞口，使各墻段均勻受力。 異形柱的尺寸及布置考慮滿足軸壓比及構(gòu)造要求，同時(shí)考慮設(shè)防時(shí)梁配筋較多，柱肢厚及梁寬均取為250mm。柱肢長(zhǎng)一般為550mm750mm，由于在躍層處梁豎向錯(cuò)位，柱凈高為2100，因此控制此處柱肢長(zhǎng)不大于650mm，使柱凈高與肢長(zhǎng)比>3，避免形成超

6、短柱。設(shè)計(jì)中盡可能采用十字形和T形柱，少用L形柱，盡量避免一字形柱。 3結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與比較 異形框架柱截面形式較多，且在兩主軸方向剛度及承載能力也可能有較大差異，為準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件實(shí)際受力狀態(tài)，整體設(shè)計(jì)分析時(shí)宜采用三維分析方法。國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)應(yīng)用較多的三維計(jì)算分析軟件有建研院的TBSA、TAT、SATWE等。TBSA不能直接輸入異形柱截面形式，不能計(jì)算異形柱的配筋，須按雙向剛度相等的原則將異形柱變?yōu)榈刃Ь匦谓孛?，或?qū)愋沃炊讨袅斎搿０吹刃Ь匦谓孛嬷?jì)算時(shí)，柱截面略有誤差，同時(shí)柱截面形心位置及主軸角度也有變化(T形、L形)，梁的計(jì)算長(zhǎng)度基本不變，因此整體計(jì)算結(jié)果(周期、位移等)及構(gòu)件內(nèi)力較

7、為準(zhǔn)確；按短肢墻計(jì)算時(shí)，由于梁在柱范圍內(nèi)考慮為剛域，梁的計(jì)算長(zhǎng)度變短，梁配筋相應(yīng)減小，而整體剛度計(jì)算偏大(對(duì)純框架尤為明顯)。 TAT，SATWE在異形柱計(jì)算時(shí)，框架梁的計(jì)算長(zhǎng)度取為兩柱形心間的距離，整體計(jì)算與TBSA柱模型相似，但其在異形柱截面配筋計(jì)算時(shí)，將作用于柱主形心的內(nèi)力按材料力學(xué)的方法分配到柱肢平面內(nèi)，以每一柱肢按單向偏心受壓對(duì)稱(chēng)配筋矩形截面計(jì)算，柱肢平面外不考慮，配筋計(jì)算較為簡(jiǎn)略。 異形柱計(jì)算模型與TAT、SATWE基本相同，其剪力墻則采用了與TBSA一樣的薄壁柱模型。與其它軟件不同的是，在異形柱截面配筋計(jì)算時(shí)，采用數(shù)值積分法按雙向偏心受壓計(jì)算配筋，配筋結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)僅有的

8、兩個(gè)異形柱地方標(biāo)準(zhǔn)，為保證結(jié)構(gòu)安全，本工程結(jié)構(gòu)計(jì)算分別采用及TBSA進(jìn)行對(duì)比計(jì)算。 從整體計(jì)算結(jié)果看，A座框剪結(jié)構(gòu)TBSA等效柱模型計(jì)算結(jié)果與計(jì)算結(jié)果接近一致；B座框架結(jié)構(gòu)兩者計(jì)算結(jié)果也基本相同，相差約2；各項(xiàng)數(shù)據(jù)也都在合理的經(jīng)驗(yàn)值范圍內(nèi)。這說(shuō)明兩種軟件的整體結(jié)果是可信的，同時(shí)也說(shuō)明異形柱結(jié)構(gòu)的整體剛度與普通柱沒(méi)有差異。 比較TBSA與的配筋結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩者梁配筋基本相同，但剪力墻配筋卻有很大不同。在半地下層及一層，TBSA的計(jì)算結(jié)果是剪力墻暗柱除少數(shù)較長(zhǎng)的墻肢外多數(shù)為構(gòu)造配筋，墻身多數(shù)為計(jì)算配筋；而的配筋結(jié)果是墻身為構(gòu)造配筋，剪力墻暗柱配筋卻很大，配筋率有的超過(guò)3。在二層以上兩者基本都是構(gòu)造配

9、筋。在計(jì)算過(guò)程中我們分別查閱了這兩種軟件的編制原理，并向軟件編制單位進(jìn)行咨詢，但一時(shí)也沒(méi)有找到問(wèn)題的根源。后來(lái)經(jīng)仔細(xì)分析計(jì)算的內(nèi)力及配筋數(shù)據(jù)文件，發(fā)現(xiàn)在對(duì)剪力墻進(jìn)行配筋計(jì)算時(shí)，對(duì)由多個(gè)墻肢組成的聯(lián)肢墻，對(duì)某方向的彎距及剪力簡(jiǎn)化為僅由此方向的墻肢來(lái)承擔(dān)，沒(méi)有考慮端部翼墻的共同工作，近似地說(shuō)相當(dāng)與一個(gè)工字形截面只用其腹板抗彎而沒(méi)有考慮其翼沿的抗彎能力，所以計(jì)算暗柱配筋特別大。軟件編制者證實(shí)，確實(shí)采用的是這種偏安全的簡(jiǎn)化方法，在以往的計(jì)算沖多用于7度區(qū)或剪力墻設(shè)置較多，剪力墻計(jì)算基本是構(gòu)造配筋，簡(jiǎn)化模型偏安全。 4構(gòu)造措施 異形柱框輕結(jié)構(gòu)住宅層高較小，柱側(cè)移剛度相對(duì)較大，底層柱對(duì)一層樓板溫度變形的約

10、束也大。如果房屋過(guò)長(zhǎng)，在溫度變化時(shí)就會(huì)在樓板中產(chǎn)生較大的約束內(nèi)力，使樓板產(chǎn)生裂縫。因此本工程在設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格控制伸縮縫的間距，一般均不大于45mm。同時(shí)設(shè)計(jì)樓板負(fù)筋在一層及頂層全部貫通，在中間層一半貫通。 結(jié)合設(shè)備管線布置要求，半地下室設(shè)450mm厚填土，在填土高度范圍內(nèi)基礎(chǔ)筏板設(shè)400mm高倒柱帽，這樣不僅滿足了柱沖切要求，而且使筏板受力性能得到改善，并與平板相比減小了板的配筋。異形柱框輕結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)就是住宅室內(nèi)不出現(xiàn)外凸梁柱，所以剪力墻的邊框梁設(shè)為暗梁，端柱做成暗柱，其暗梁配筋除滿足框架梁的構(gòu)造要求外，箍筋全長(zhǎng)加密；暗柱縱筋要滿足計(jì)算及構(gòu)造要求，箍筋也全高加密。 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求柱截面尺

11、寸不宜小于300mm，對(duì)建筑要求必須采用的250mm寬一字形柱(圖2樓梯間)，設(shè)計(jì)框架梁穿過(guò)樓梯平臺(tái)，使其成為中柱，這樣就減小了柱弱軸節(jié)點(diǎn)不平衡彎矩，經(jīng)計(jì)算節(jié)點(diǎn)承載力滿足要求；同時(shí)避免了一字形柱為端柱時(shí)框架梁縱筋直段錨固長(zhǎng)度不足的問(wèn)題。 異形柱框輕結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)就是住宅室內(nèi)不出現(xiàn)外凸梁柱，所以剪力墻的邊框梁設(shè)為暗梁，端柱做成暗柱，其暗梁配筋除滿足框架梁的構(gòu)造要求外，箍筋全長(zhǎng)加密；暗柱縱筋要滿足計(jì)算及構(gòu)造要求，箍筋也全高加密。B座住宅樓層數(shù)較A座少兩層，采用框架結(jié)構(gòu)。 異形柱結(jié)構(gòu)梁柱等寬，梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋很密，混凝土澆注比較困難，在本工程設(shè)計(jì)時(shí)采取了以下方法： (1)梁縱筋在各跨盡量采用同一直徑，避免鋼筋在支座處搭接；(2)控制每排鋼筋的數(shù)量。在施工過(guò)程中還修改了錯(cuò)層處節(jié)點(diǎn)鋼筋做法，讓梁上下鋼筋在支座處連通設(shè)置，減少鋼筋搭接。 5結(jié)語(yǔ) (1)結(jié)構(gòu)方案及構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)需要和建筑及其它專(zhuān)業(yè)密切配合，本工程梁柱采用250mm厚，外貼50厚EPS保溫板與300mm厚加氣混凝土砌塊的外墻做法，很好地滿足了建筑節(jié)能要求；半地下室設(shè)450mm厚填土的做法也使基礎(chǔ)筏板設(shè)計(jì)與設(shè)備管