对异形柱结构设计的几个问题的分析

　　摘要：本文对异形柱结构设计中容易出现的一些问题进行分析，并探讨相应的对策和解决方案。以供同行参考借鉴。
　　关键词：异形柱；结构设计；问题的分析
　　1前言
　　在异形柱结构设计中，规范要求应优先采用能准确反映异形柱结构各构件实际受力状况、基空间工作的计算程序进行内力与位移分析。中国建筑科学研究院的TAT，SATWE结构设计软件，是应用比较成熟，又满足以上要求的适用程序，可以很好地进行建模和计算分析。但是，目前版本的计算程序都远没有充分考虑异形柱结构的众多构造要求在程序中的具体实现，所以，这就要求设计人员需要进行很多构造措施的条件校核和配筋调整。设计中不进行认真、全面的手工比照和手工调整，往往容易产生错漏。2异形柱结构设计的几个问题的分析
　　2．1异形柱轴压比的控制
　　异形柱在单调荷载，特别在低周反复荷载作用下，粘结破坏较矩形柱严重，延性比普通矩形柱差，因此，异形柱的轴压比限值比矩形柱严格得多。《规程》根据截面类型、箍筋间距与纵筋直径比s／d、箍筋直径d和抗震等级确定，在0.3～0.7之间波动，比矩形柱结构的柱轴压比限值低很多。所以，在程序试算后，应按上述条件初步确定出各柱的轴压比具体限值，并在配筋简图中仔细查看各层柱的计算轴压比是否有超限的。因为此时异形柱的实配纵筋和箍筋还是未知的，PKPM程序无法判断每个柱的轴压比具体限值，只有在轴压比超过矩形柱结构的轴压比限值时，程序才会报告轴压比超限。因此，异形柱的轴压比超限，必须逐一手工核算。
　　2．2异形柱结构框架梁柱配筋率的控制
　　为了保证异形柱有更高的安全度，节点有更好的延性和粘结强度，同时也减小节点钢筋配置的困难，异形柱结构的框架柱全部纵向受力钢筋(不包括纵向构造钢筋)的最大总配筋率为3％，普通矩形柱结构的框架柱最大总配筋率却为5％；异形柱结构的框架柱全部纵向受力钢筋最小总配筋率的要求见表1，异形柱结构的框架柱各肢端受力纵筋配筋率不应小于0．2％。
　　表1框架柱全部纵向受力钢筋的最小总配筋率／％
　　
　　为保证梁支座有足够的延性和防止梁纵筋在节点区的锚固长度不够，设计时不应考虑纵向钢筋的受压作用，故应按单筋梁z≤0．35h。的条件来确定异形柱结构的框架梁纵向受拉钢筋的最大配筋率Pmm，具体限值见表2。
　　表2框架梁纵向受拉钢筋的最大配筋率限值／％
　　
　　由表2中数据可以看出，异形柱结构的框架梁纵向受拉钢筋最大配筋率限值，比矩形柱结构抗震设计时的限值要小得多。
　　程序自动生成的梁柱配筋图，是以普通矩形框架的配筋率为基础的，所以，异形柱结构这些不同的配筋率要求在程序中都没有专门考虑，这就需要设计人员在出图前一一进行仔细核对，并逐一把不符合要求的实际配筋量改正过来，不要想当然的以为软件对异形柱结构的什么构造措施都能体现出来。
　　2．3异形柱结构框架梁纵筋直径的控制
　　异形柱的肢厚都很小，往往同框架梁的宽度一样宽，所以，它对梁纵筋的锚固能力比普通矩形柱差。因此，异形柱结构框架梁贯通中柱的纵向钢筋直径要求不应大于该纵筋方向柱肢高的1／30，且不宜大于22mm、不应大于25mm；而普通矩形柱框架的要求仅为1／20。应用TAT，SATWE程序进行异形柱设计时，程序自动配筋时没有针对异形柱结构的这个特殊情况进行专门处理，所以，程序自动生成的配筋图需要设计人员对梁纵筋的直径逐一进行复核，把实配钢筋直径大于该纵筋方向柱肢高的1/30的统统等量代换成符合构造要求的细钢筋。比如，支承在肢高为500mm的异形柱上的框架梁，其受拉纵筋的直径d应小于500／30=16.7mm，即不应选用18mm及以上的钢筋；程序自动生成的钢筋如果选用的是18mm及以上的钢筋，则需要手工调整成16mm的钢筋。如果实配钢筋由一排变成了双排，还应该进行配筋量的相应换算。
　　2，4异形柱结构框架梁双排筋配筋量调整
　　根据SATWE和TAT软件的《用户手册及技术条件》的“构件设计技术条件”的、“梁设计”节中关于混凝土截面有效高度h0的取值规定可知，当配筋率大于1．0％时，h0才按双排筋取值。对于多数情况的梁，基本都会符合实际情况，但是在框架梁宽为200mm的异形柱结构中，实配为双排筋的框架梁其配筋率基本上都小于1．0％，那么，其计算配筋量就是按单排筋的h0算出的，程序没有按单排筋改双排筋进行换算，这样，实际配筋量就偏于不安全。不少人都没有注意到程序的这个隐含的技术条件，容易出现配筋不足的情况。为方便解决这个问题，笔者专门对单排筋改双排筋应乘的放大系数进行了细化和核算，并列于表3供大家参考。
　　表3PKPM单排配筋改为双排时的放大系数K
　　
　　表中有阴影斜线的放大系数，仅适用于按单排筋手算配筋时用，因为该部分的配筋率已经大于1％，PKPM程序配筋时已按双排计算了。
　　从表3中的计算结果可以看出，框架梁截面高度越小，配筋由单排调成双排时应增加的钢筋的百分比就越大，并都大于5％的允许误差，故应引起设计人员重视，必须进行这项调校工作。
　　3异形柱结构独立基础的偏心计算
　　异形柱建模和画图都是以柱肢轴线的交点为定位标准的，如果采用柱下独立基础，则需要以柱的形心为基础的中心。特别是采用桩基础时，需要用到异形柱形心偏离柱肢轴线的具体尺寸，笔者把肢厚为200mm，肢高在400～600mm的偏心数据计算出并列于表4中，方便设计人员查用。
　　表4肢厚2001Tim时L形柱形心在z方向的偏心P／mm
　　
　　表4中的参数x，Y，ex具体含义详见图1。
　　
　　图1
　　4结语
　　随着PKPM计算程序功能的不断增强，以上构造措施的一部分可以在软件中加以实现，但是，还是会有不少构造措施不能完全由程序去自动判断，仍然需要设计人员去细心对照和落实。所以，设计人员不仅要搞清楚规范条文的具体数值规定和缘由，更要重视这些规定在设计图纸中的具体落实，特别是以上这些对异形柱结构的延性和整体抗震性能影响很大的控制内容。
　　参考文献：
　　[1]DB29—16—2003，钢筋混凝土异形柱结构技术规程[S]．
　　[2]用户手册及技术条件．中国建筑科学研究院CAD工程部．
　　[3]SATWE用户手册及技术条件．中国建筑科学研究院CDA工程部．