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摘要：異形柱結(jié)構(gòu)自出現(xiàn)以來，以其獨(dú)特的優(yōu)越性，在全國范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣應(yīng)用。通過對異形柱結(jié)構(gòu)的造價(jià)分析與設(shè)計(jì)要點(diǎn)介紹，便于快速確定結(jié)構(gòu)方案，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。...

異形柱結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與應(yīng)用

劉文彤

(連云港市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司  江蘇連云港  222001)

1.概述

    混凝土異形柱結(jié)構(gòu)是以T形、L形、十字形的異形截面柱代替一般框架柱作為豎向支承構(gòu)件而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，以避免框架柱在室內(nèi)凸出，少占建筑空間，改善建筑觀瞻，為建筑設(shè)計(jì)及使用功能帶來靈活性和方便性；同時(shí)結(jié)合墻體改革，采用保溫、隔熱、輕質(zhì)、高效的墻體材料作為框架填充墻及內(nèi)隔墻，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燒結(jié)普通磚墻，以貫徹國家關(guān)于節(jié)約能源、節(jié)約土地、利用廢料、保護(hù)環(huán)境的政策。

2.歷史形成與發(fā)展

    20世紀(jì)70年代以來，國家有關(guān)部門發(fā)布專門文件，將在全國范圍內(nèi)逐步禁止使用燒結(jié)黏土磚，異形柱結(jié)構(gòu)體系就是在墻體材料革新推動(dòng)下促進(jìn)結(jié)構(gòu)體系變革的產(chǎn)物。

    廣東、天津等省從20世紀(jì)80年代開始，在6層至9層的住宅工程中進(jìn)行異形柱框架設(shè)計(jì)，獲得了大量的研究數(shù)據(jù)和豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并率先制訂和實(shí)施了異形柱結(jié)構(gòu)地方標(biāo)準(zhǔn)。

    連云港市地處蘇北地區(qū)，隨著我國改革開放的不斷深入，作為新亞歐大陸橋東橋頭堡，江蘇省唯一具有出海港口的沿海城市，其區(qū)位優(yōu)勢正逐漸顯現(xiàn)出來，我市迎來了大開發(fā)、大建設(shè)的跨越式發(fā)展時(shí)期。城鄉(xiāng)人民對住房需求日益增高，建設(shè)用地越來越緊張。住宅建筑必然向高的方向發(fā)展。幾年前大量興建的住宅層數(shù)，都還在5、6層，如今一般都在8．9層甚至10層以上。這樣，通常的磚混結(jié)構(gòu)已滿足不了目前住宅建筑的要求，它自然被框架結(jié)構(gòu)甚至性能更好的其它結(jié)構(gòu)形式所代替，異形柱結(jié)構(gòu)正是在此背景下為設(shè)計(jì)人員所熟知、所應(yīng)用。

3.關(guān)于工程造價(jià)方面的問題

    異形柱結(jié)構(gòu)的填充墻、隔墻應(yīng)優(yōu)先采用輕質(zhì)高效的墻體材料，避免了采用燒結(jié)實(shí)心黏土磚，由此帶來的效益不僅是改善建筑的保溫、隔熱性能、節(jié)約能源消耗，而且減輕了結(jié)構(gòu)自重，降低了墻體與基礎(chǔ)造價(jià)，有利于減少結(jié)構(gòu)的地震作用；采用工業(yè)廢料制作輕質(zhì)墻體，有利于節(jié)能環(huán)保，其綜合效益值得重視。

    異形柱框架結(jié)構(gòu)在多層范圍內(nèi)若要做到與磚混結(jié)構(gòu)造價(jià)接近，宜使用大柱網(wǎng)，但是一般住宅開間小、進(jìn)深淺、縱橫墻交叉多，層高較低，因此多采用小柱網(wǎng)方案。考慮到把框架梁跟磚混住宅中的圈梁合在一起，框架柱根跟構(gòu)造柱合在一起．混凝土用量增加不多。經(jīng)局部對比，采用異形柱框架的住宅比磚混住宅增加造價(jià)(直接費(fèi))20元／m2～25元／ m2。如果加上征地費(fèi)用的平攤造價(jià)，總造價(jià)相差就很小，從整體和綜合效益上來講，很受住戶和建設(shè)單位的歡迎。

4.關(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的問題

    4.1結(jié)構(gòu)方案布置與構(gòu)件截面選型

    異形柱框架基本上是按墻體布置的要求來設(shè)置的，布置靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，整體剛度好。柱距和梁的跨度一般在3 m～6m之間，負(fù)荷面積較小，合理地解決了結(jié)構(gòu)受力和小面積房間使用的問題。

    柱載面常用T、L、十等形式，兩柱肢中線的交點(diǎn)即為剪力中心。在選擇柱截面形式時(shí)，要考慮受力合理，有利于柱的工作，盡量避免和減少柱的附加扭轉(zhuǎn)與翹曲應(yīng)力，還要注意形狀不要過分復(fù)雜，節(jié)約材料，有利施工。異形柱配筋計(jì)算，按雙偏心受壓、拉構(gòu)件計(jì)算，箍筋采用雙剪配箍。梁按矩形截面來計(jì)算，考慮到整體現(xiàn)澆板會(huì)起加強(qiáng)剛度的作用，框架梁慣性矩可乘以l.5～2．0剛度提高系數(shù)(其中，邊框梁取1.5，中框梁取2 0)。

    根據(jù)筆者體會(huì)，柱肢壁厚以采用200 mm(或220mm)、柱高采用500mm-600mm較為常用。框架梁截面取200mm×350mm-500mm較為合適，其中橫向粱200mm×400 mm，縱向梁200mm×370mm(梁底與門窗頂標(biāo)高一致)使用最多。穿過大廳的梁高不宜超過350 mm，以滿足建筑美觀和結(jié)構(gòu)安全的要求。在樓梯間、電表箱等處，暗埋的電線管比較密集，對梁削弱較多，從結(jié)構(gòu)安全與方便施工的角度考慮，局部跨梁段應(yīng)加寬至250 mm或300 mm。

    4.2梁柱截面配筋注意點(diǎn)：

    由于柱梁截面較小，為避免鋼筋過密，縱向受力鋼筋的根數(shù)宜少。如柱截面厚200 mm，鋼筋直徑不大于25 mm，柱每邊縱向受力鋼筋宜用兩根，否則節(jié)點(diǎn)施工困難。在實(shí)際工程中，柱截面厚度可取220mm，就是在經(jīng)粉刷處理后不影響房間使用情況下，有限地加大柱截面尺寸，改善鋼筋過密的現(xiàn)象。當(dāng)柱肢寬度較大，縱向受力鋼筋的間距不能滿足要求時(shí)．應(yīng)設(shè)置縱向構(gòu)造鋼筋，構(gòu)造筋選用直徑12mm的即可，不必選用很粗的鋼筋，構(gòu)造筋間設(shè)置拉筋，間距與箍筋間距相同。

    框架梁200mm寬，每排受力筋宜用兩根，盡量避免和少用3根。當(dāng)配筋面積較大時(shí)，可布置兩排鋼筋。

    4.3關(guān)于配合使用小截面矩形柱的問題：

    異形柱結(jié)構(gòu)在住宅工程中大量應(yīng)用，并取得成功，但柱的構(gòu)造鋼筋和模板用量較多，施工不如矩形柱方便。可以在房屋的樓梯間、電梯井、相鄰兩房間門垛等處，布置一般的矩形框架柱，這種矩形柱截面常用300 mm×500 mm～600mm。

    連云港市的住宅工程，底層多用作車庫或雜物間，可以結(jié)合底層柱受力大，儲(chǔ)藏間使用要求低的特點(diǎn)，適當(dāng)加大柱截面尺寸，布置矩形拄。采用異形柱與矩形柱配合使用的異(矩)形柱框架，不僅保持了異形柱框架的優(yōu)點(diǎn)，而且比采用全異形柱框架降低造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

    4.4關(guān)于局部使用梁拖柱的異形柱結(jié)構(gòu)

    異形柱結(jié)構(gòu)體系中，除異形柱上下連續(xù)貫通落地的一般框架結(jié)構(gòu)之外，根據(jù)建筑功能的需要可采用底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)上部樓層的一部分異形柱根據(jù)建筑功能的要求，并不上下連續(xù)貫通落地(即底部抽柱)，而是落在轉(zhuǎn)換大粱上(即梁拖柱)，完成上部小柱網(wǎng)到底部大柱網(wǎng)的轉(zhuǎn)換，以形成底部大空間結(jié)構(gòu)，但剪力墻應(yīng)上下連續(xù)貫通房屋全高。

    這種商住樓的底層(或轉(zhuǎn)換層)框架，應(yīng)采用大截面粱柱和較高強(qiáng)度等級的混凝土，轉(zhuǎn)換層樓板剛度亦應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)。在上部結(jié)構(gòu)中，即使每榀框架的負(fù)荷面積和單位荷載都一樣，但不同梁柱的受力情況是有明顯差另0的。轉(zhuǎn)換層的框架大粱，盡管剛度很大，但畢竟有撓度，由其抬起來的粱上柱是“動(dòng)支座”，而落地柱則是“固定支座”。梁上柱的內(nèi)力就明顯小于相對應(yīng)的落地柱。以粱上柱為支座的框架梁，其內(nèi)力情況與以落地柱為支座的框架梁有明顯不同。例如，以梁上柱為支座的粱端負(fù)彎矩就明顯小于以落地柱為支座的粱端負(fù)彎矩，而它們的梁端正彎矩恰恰相反。這些在應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行截面配筋、輔助設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以注意。

5.結(jié)束語

    近年來國內(nèi)各高等院校、設(shè)計(jì)、研究單位對異性柱結(jié)構(gòu)的基本性能、設(shè)計(jì)方法、構(gòu)造措施及工程應(yīng)用等方面進(jìn)行了大量的科學(xué)研究與工程實(shí)踐，特別是國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)<混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程>的發(fā)布，為異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工、工程審查及質(zhì)量監(jiān)控，提供了依據(jù)。

綜上所述，異形柱結(jié)構(gòu)有著廣闊的市場前景，在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)其受力特點(diǎn)，充分了解其破壞機(jī)理，選擇合理的截面形式，正確掌握計(jì)算機(jī)分析方法與截面配筋，其結(jié)構(gòu)才能有可靠的安全保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]JGJl49—2006混凝土異彤柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]．中國  建筑l業(yè)出版社，2006．

[2]江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，江蘇省建設(shè)廳，DB32／512— 2002鋼筋混凝土異彤柱框架結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]．

[3]全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施(結(jié)構(gòu))[S]．中國計(jì)劃出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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