沈阳某异形柱框架楼结构设计实例.docx

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沈阳某异形柱框架楼结构设计实例

科技信息高校理科研究

沈阳集异形柱框架楼结构设计实例

辽宁省建筑设计研究院

［摘要］本文主要介绍了典型的异形柱结构的结构设计。

［关键词］结构平面布置结构自振周期计算程序输入要点

岳永志

异形柱结构是我国自主创新的一种结构体系。

是根据建筑设计对

建筑功能及建筑布置的要求，在结构不同部位采取不同形状截面的异

形柱，异形柱的柱肢厚度及梁宽度与框架填充墙协调一致，避免框架柱

在屋角凸出而影响建筑观瞻及使用功能。

而住宅等民用建筑要求大开

间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等。

异形柱结

粗砂层，桩端进入持力层深度为１．０ｍ，桩端阻力特征值ｑｐａ＝１５３６Ｋｐａ。

考虑桩阃距及柱距，本工程采用单柱承台及双柱承台，根据ＰＫ—ＰＭ系列中的ＳＡＴＷＥ后处理——图形文件输出的底柱、墙最大组合内力简图，分析得出各底柱最大荷载设计值，依次设定单柱承台的桩

型尺寸直径８００ｒａｍ、１２００ｒａｍ、１４００ｍｍ、１６００ｍｍ，双柱承台的桩型尺寸

构较好地满足了现代住宅建筑的要求，因而被广泛的应用于住宅、宿舍等民用建筑中。

异形柱框架结构体系可以用于八～十二层小高层住宅

建筑（七层以下的住宅大多采用砖混结构）。

目前．常用ＴＢＳＡ、ＳＡＰ８４、

直径２４００ｍｍ、２６００ｍｍ、２９００ｍｍ，根据《辽宁省建筑地基基础技术规范》（ＤＢ２１／９０７—２００５）计算得出各直径桩的竖向承载力，满足上部结构传递

的荷载。

ＰＫ－ＰＭ等空间结构分析程序对该体系进行结构分析。

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３、上部结构设计

３．１结构平面布置

异形柱截面有较大的侧向刚度。

为方便、经济，本工程异形柱采用

了隔开间设置。

这种布置方式下框架梁均采用５００ｍｍ一６００ｍｍ高，既

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满足了梁截面高度的最小高跨比，同时该梁又兼作窗过梁。

柱数量减少

矧

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后也使得部分桩基承台可设计成独立承台，从而降低了基础造价。

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３，２结构自振周期

在异形柱截面满足柱轴压比要求的前提下，可以通过调整异形柱

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量

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基

截面的大小来调整结构的自振周期，使结构的自振周期满足高层规范

规定的范围。

按文献【１】的有关公式计算控制适宜自振周期为小于１．１６ｓ，这样的结构比较经济合理。

抗震规范规定需要考虑非结构构件等的影响对按弹性理论计算的周期予以折减，因为在程序计算时只计算了梁、柱、剪力墙的刚度并得到计算周期，而实际周期比计算周期小，如以计算周期按规范方法计算地震力，地震力会偏小，使结构分析偏于不安全。

高层规范规定框架结构的基本自振周期折减系数为０。

６～０．７，框一剪结构的基本自振周期折减系数为０．７～０．８。

本工程在控制结构自振周

期时考虑到墙体门窗洞开设面积较大，取基本自振周期折减系数为

图ｌ结构标准层平面图

１、工程概况

０．７，即用弹性理论计算的周期控制在１．１６／０．７＝１．６６ｓ以下。

在进行异形柱框架结构的变形控制分析时，没有考虑空心砖填充墙的刚度影响，这

样偏于安全（参考文献【２】）ｏ

该住宅楼共十一层，每层两个单元；设电梯一部。

抗震按７度设防；基本风压Ｏ．５５ｋｎ／ｍ２。

由于场地狭小且不规则，根据建筑平面布置及层数的要求，我们采用了异形柱框架结构体系（见图１）。

本文是该体系在本工程的实际应用总结及体会，可供同类工程设计参考。

２、基础设计

本工程建设场地位于沈阳市区，地形平坦，场区地貌属于浑河冲积阶地。

据野外钻探揭露场地地基主要由第四系地层组成，场地土岩性特

３．３结构计算

３．３．１计算程序及输入要点

本工程计算程序采用ＰＫ—ＰＭ系列，其中用ＰＭＣＡＤ建模，用空间

征依次为：

杂填土、粉质粘土、细砂、中砂、中粗砂、砾砂，钻探未及基岩，

最大钻孔深度为２５ｍ；场地地下水为孔隙潜水类型，稳定水位埋深为６．１二７．５ｍ。

综合分析地质条件、结构荷载结合本地施工特点，采用人工挖孔灌注桩基础，桩端持力层为砾砂层，桩长约７．５ｍ，桩端持力层为中、

有限元分析软件ＳＡＴＷＥ进行内力分析及配筋。

在使用ＰＭＣＡＤ建模时，异形柱的截面定义和布置有一些技巧，可见参考文献［３】。

对肢长ｈ大于４倍肢宽ｂｗ的异形柱在输入时应加以注意，参见参考文献［４］。

为便于与高层规范衔接与统一，对ｈ＜３ｂｗ的墙肢建议以异形柱的型式输入，对ｈ＞３ｂｗ的墙肢建议以墙元型式输入。

３．３－２计算结果

ＳＡＴＷＥ结构分析

地震设

防烈度方向

７度

地基土类别

周期（ｓ）

Ⅱ

基本风压值（ｋｎ／ｍ２）

Ｏ．５５

荷载组合

恒＋活＋地震力

顶点位移Ｄ（ｍｍ）

９．６７１１．８４

Ｄ，Ｈ１，２９０１／２３７

底部剪力（ｋｎ）

实测

地震

１１１１．５

剪力系数

２．８９％２．６７％

最大层问位移ｄ（ｍｍ）

１＿２８１．１７

计算

Ｘ

风荷

５１０．６７０７．８

ｄ／ｈ１／２１８７１／２３９３

１．０４１

Ｙ

／

１０５１．７

地震力计算方法

４、结语

采用总刚模型并考虑扭转藕联的振型分析法

合理应用ＰＫ—ＰＭ系列中的ＪＣＣＡＤ可满足设计要求。

参考文献

［１］魏琏主编．高层及多层钢筋混凝土建筑抗震设计手册地震出版社．１９９０

［２］曹万林等轻质填充墙异形柱框架结构层刚度及其衰减过程的

４．１通过本工程的设计可以看出，异型柱框架结构有较好的侧向刚

度，一般侧向变位较小，提高了结构舒适度，但同时带来了地震力加大。

对非矩形柱的抗震能力在目前还未研究清楚前，建议适当加大地震力

并对异型柱予以加强，控制轴压比，适当提高柱配筋率以提高结构的延性。

目前纯异形柱框架结构不应用于十二层以上的建筑。

４．２为使结构有较好的经济性，建议选择合理的结构周期，以周期及柱轴压比这两个双控条件来计算柱断面尺寸。

设计时一般需反复调

整柱断面尺寸，利用程序多次试算才能得到比较理想的效果。

４．３为保证梁板对异型柱的约束，梁板均应现浇，对结构薄弱部位的楼板还应加厚并配置双层钢筋。

研究．建筑结构学报，１９９５（１０）

［３］罗楚沥．钢筋混凝土框架异形柱在ＰＭ中的输入技巧．ＰＫＰＭ新

天地，１９９９（５）

［４］邵弘等在ＰＫＰＭ系统中异形钢筋混凝土柱的设计．ＰＫＰＭ新天地．１９９９（３）

４．４异型柱框架的基础设计无特别要求，可同一般框架基础设计。

万方数据

一６７—

沈阳某异形柱框架楼结构设计实例

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷（期：

引用次数：

岳永志

辽宁省建筑设计研究院

科技信息

SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009，（100次

参考文献（4条

1.魏琏高层及多层钢筋混凝土建筑抗震设计手册1990

2.曹万林轻质填充墙异形枉框架结构层刚度及其衰减过程的研究1995（103.罗楚沥钢筋混凝土框架异形柱在PM中的输入技巧1999（54.邵弘在PKPM系统中异形钢筋混凝土柱的设计1999（3

相似文献（1条

1.学位论文孟焕陵高层建筑结构的体系判别、合理刚度及扭转计算研究2006

随着经济技术的发展，高层建筑的发展速度日益迅猛，建筑高度不断增加，建筑功能愈加复杂，结构体系更加多样化。

各种结构体系都有其典型的受力特征及相应的计算方法，具体设计中关心的问题也各有侧重，有必要定量分析结构体系界限判别参数的临界值。

实际工程中，我们往往希望在既有的材料用量基础上获得最大的结构刚度，最好的受力性能，这就涉及到结构合理刚度与构件合理布置问题。

同时当高层建筑结构平面布置或剪力墙的设置较复杂且不对称时，结构不仅有平移，还会有绕刚度中心的扭转，震害分析表明，扭转是一个很重要的致坏因素。

论文在高层建筑结构体系判别、合理刚度及扭转计算等几个关键问题上进行了以下具体研究：

1．首次定量提出了框筒结构与框架的判别准则。

通过令框筒和框架两种结构体系的顶点侧移相等的方法来寻求结构判别的临界跨高比，当结构跨高比超过该临界值时，按框架结构计算较为合理：

否则，可认为结构属于框筒结构。

2．巨型框架结构为明显的两级受力体系，主、次框架抗侧刚度比影响巨型框架结构受力性能的主要指标。

选取相邻两主框架梁间部分框架为分析单元，根据位移分量法计算其抗侧刚度，通过从探讨巨型框架中主、次框架柱线刚度比α的合理范围入手，提出了巨型框架与普通框架地判别准则。

该方法直接以巨型框架为研究对象，能反映出分析单元内次框架层数n、跨数m、次框架梁柱线刚度比i<,次>、主次框架梁柱线刚度比i<,主>的影响，且简单适用，可做成图表。

3．在保证梁柱材料总量相等的情况下，运用优化原理寻求框架结构等效抗侧刚度的最大值，此时框架结构梁柱线刚度比即为合理，进而可确定梁柱的合理截面高度。

有别于以往梁柱单独进行截面估算，该方法首次综合考虑框架梁柱线刚度对抗侧刚度的影响，来进行构件的截面估算。

4．根据模型试验数据确定各变形阶段框架的实际抗侧刚度，采用框架抗推刚度退化系数对框架各楼层抗推刚度进行修正，再引入周期、剪力与侧移修正系数对弹性阶段的结构受力性能予以修正，提出一种考虑刚度退化时框架结构的计算方法，并给出具体计算步骤。

该法概念清晰，简单适用，能为现行规范的补充与完善提供参考。

按此法计算优化前后的框架结构侧移同样表明，采用合理梁柱线刚度比可获得最大的抗侧刚度。

5．以结构协同工作的连续化分析及我国现行抗震设计规范反应谱理论为出发点建立优化模型，即以结构地震作用为目标函数，最大层间位移角为约束条件，在满足层间位移角限值的条件下，结构地震作用最小时的剪力墙数量即为合理。

该模型能反映出结构高度、结构重量、抗震等级、场地类别和设计分组等因素对剪力墙合理数量的影响。

6．从结构协同工作的连续化分析原理出发，建立了水平荷载作用下考虑墙肢剪切变形时刚接体系的变形协调微分方程，按照我国现行规范推导了满足层间侧移角限值的抗震剪力墙合理刚度的计算公式，探讨了连梁端部连接形式与墙肢剪切变形对剪力墙合理数量的影响。

7．在保证材料用量不变的情况下，改变框-剪结构中剪力墙布置位置，对比分析了结构自振周期、结构侧移、层刚度比与剪重比，探讨了剪力墙布置时应注意的问题。

8．借鉴框-剪结构分析方法，基于协同工作原理，考虑混凝土梁与核心筒间刚域、混凝土核心筒的剪切变形、钢框架的轴向变形以及钢柱与混凝土梁的半刚性连接的影响，建立了含刚度特征值的混合结构变形曲线方程。

再将混合结构视为连续弹性无限自由度结构，建立自由振动微分方程，推导了混合结构的自振周期公式。

通过图表分析了与刚度特征值有关的自振周期系数中各参数的影响。

9．借鉴框-剪结构中剪力墙的合理刚度计算，充分考虑到混合结构的四个特点，可以计算混合结构中剪力墙的合理刚度。

在考虑每个特点时的迭代计算过程中，需要对刚度特征值及其函数进行修正。

10．利用优化原理，寻求梁柱的合理跨高比使得剪力滞效应达到最小，以便充分发挥框筒结构的空间整体性能，进而确定梁柱的合理截面高度及合理开洞率。

11．将结构位移分解成平动与转动成分，得到相应的结构平动时构件所承担的剪力与结构转动时构件所承担的剪力，根据力的平衡条件，推导出双向地震作用下考虑构件抗扭刚度时结构的线弹性扭转角，并对构件的剪力及变形进行了修正。

该方法首次将构件抗扭刚度计入结构抗扭刚度计算中，概念清楚，符合工程实际。

通过参数分析，理论分析了影响结构抗扭刚度诸多因素：

抗侧力构件截面形式与布置以及层高，提出了减小扭转效应的具体措施与方法。

对比分析了不同刚度模型下框架结构与框-剪考虑构件抗扭刚度时的扭转性能。

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2010年5月10日