| 标题 | 异型柱框架结构的扭转效应计算 |
| 范文 | 杨 敏 摘 要：笔者通过对比多个本人设计的一般框架结构和异形柱框架结构项目后发现，异形柱框架结构对地震力的扭转效应较一般框架结构要敏感得多，通过进一步分析笔者还发现，对于一般较规则的异形柱框架结构，在地震力作用下，只考虑偶然偏心时异形柱框架结构的内力往往比只考虑双向地震时的内力还要大，本文就此问题探讨规范相关条文的合理性及提出相关设计的合理化建议。 关键词：异形柱；扭转不规则；偶然偏心；双向地震 异形柱框架结构这种结构形式由于可以做到室内空间不露柱，现今在别墅等低层、多层住宅中应用比较广泛，但是由于梁柱节点相对薄弱等固有特性，给设计及施工都带来比较大的难度，笔者通过对比多个本人设计的一般框架结构和异形柱框架结构项目后发现，异形柱框架结构对地震力的扭转效应较一般框架结构要敏感得多。 《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149--2006 有如下规定： “异形柱结构的地震作用计算，应符合下列规定：在计算单向水平地震作用时应计入扭转影响；对扭转不规则的结构，水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响。” 关于这条规定，规范第二部分的条文解释如下：国内外历次大地震的震害、试验和理论研究均表明，平面不规则，质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，扭转效应可能导致结构严重的震害，对异形柱结构尤其需要在抗震设计中加以重视。条文中所指“扭转不规则的结构”，可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011有关规定的条件(即扭转位移比大于1.20)来判别，此时异形柱结构的水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响，并可不考虑质量偶然偏心的影响；而计算单向地震作用时则应考虑偶然偏心的影响。 根据规范规定及结合条文分析，我们不难得出如下结论：对于扭转规则结构（即扭转位移比不大于1.20），可仅计算单向地震作用，同时考虑偶然偏心来计算结构的扭转效应；对于扭转不规则结构（即扭转位移比大于1.20），应计算双向地震作用来考虑扭转效应，此时可不再考虑偶然偏心。很显然，根据规范的条文理解，计算双向地震作用应该是比计算同时考虑偶然偏心的单向地震作用更为不利。 但是笔者通过进一步分析设计过的多个异形柱框架结构项目发现，对于一般较规则的异形柱框架结构，在地震力作用下，只考虑偶然偏心并计算单向地震作用时异形柱框架结构的内力往往比只计算双向地震作用但不同时考虑偶然偏心时的内力还要大，尤其是边榀柱配筋的差别尤其明显。 关于偶然偏心计算，《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001有如下规定： “建筑结构估计水平地震作用扭转影响时，应按下列规定计算其地震作用和作用效应： 1.规则结构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.3采用。” 据此规定我们不难理解考虑偶然偏心时结构边榀内力较大的现象，因为规范本来就是用放大边榀内力的方法来近似考虑偶然偏心作用的。但是也不难看出，这种方法是具有一定局限性的。因为按上面分析《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149-2006相关条文得出的结论，计算双向地震作用应该是比计算同时考虑偶然偏心的单向地震作用更为不利的，同时规范应该是认为考虑双向地震作用能更准确地计算结构在地震力作用下的扭转效应，但是通过实际工程的计算结果表明，只考虑偶然偏心并计算单向地震作用往往比只计算双向地震作用但不同时考虑偶然偏心更不利，所以这个结论的前半部分显然不能成立。而结论的后半部分通过分析规范的计算公式及相关条文解释，笔者认为应该是成立的：就是考虑双向地震作用能比考虑偶然偏心更准确地计算结构在地震力作用下的扭转效应。 通过以上分析得出的结论，笔者认为在异形柱框架结构的设计工作中，对于扭转规则结构（即扭转位移比不大于1.20），当采用考虑偶然偏心来计算结构的扭转效应时，如果边榀梁柱配筋太大，造成设计及施工困难，可改为计算双向地震作用来考虑扭转效应。这里有一个原因是考虑双向地震作用能比考虑偶然偏心更准确地计算结构在地震力作用下的扭转效应，还有一个很重要的原因就是异形柱框架结构节点相对薄弱的固有特性。为了更好的说明这个问题，举个简单的工程实例，七度区，二类场地土，2层异形柱框架结构，柱肢厚度和梁宽度均为200mm，考虑偶然偏心时边榀柱纵筋和梁纵筋往往都需要配到22mm、25mm直径钢筋，有时配筋甚至大到用25mm直径钢筋都配不下。假设节点处梁柱配筋均为2根22mm直径的钢筋，柱保护层厚度取30mm，节点混凝土厚度只剩下200-4x22-2x30=52mm，这还是最理想的状态，算上施工误差，50mm都很难保证，这么小的一块节点如何保证施工质量？就算施工队水平真的很高，能保证施工质量，这样的节点在地震作用下能做到强节点吗？笔者对于这种结构的抗震延性持有很大的怀疑态度。 作为一个合格的结构设计工程师，不能生搬硬套规范条文，而应该是理解和利用规范条文来指导结构设计工作；结构设计师应该多下工地，多了解现场情况，千万不能天马行空，设计出来的结构虽然满足了规范要求，但是实际可行性却很差。 参考文献 [1]《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149-2006. [2]《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001. [3]《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002. |
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