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浅析异形柱框架剪力墙结构设计及施工要点

发表时间：2020/7/2 来源：《基层建设》2020年第6期作者：涂文杰万灵李玉琴

[导读] 摘要：异形柱框架剪力墙结构由于能改善住户舒适度及建筑美观性，同时可以降低工程造价而被广泛使用。

        联创新锐设计顾问（武汉）有限公司湖北武汉 430000
        摘要：异形柱框架剪力墙结构由于能改善住户舒适度及建筑美观性，同时可以降低工程造价而被广泛使用。本文简要介绍了异形柱框架剪力墙结构设计及施工要点，以供相关从业人员参考。
        关键词：异形柱框架剪力墙结构；结构设计；施工要点
        异形柱框架剪力墙结构是以截面肢高肢厚比不大于4的柱代替框架柱，同时配合剪力墙作为竖向受力构件而成的结构形式，常用形式有L形、T形、十字形和Z形。相对于框架结构，异形柱避免了因截面尺寸大于墙厚而造成的室内局部凸出现象，扩大室内使用空间，改善住户舒适度及建筑美观性。相比普通混凝土剪力墙结构，异形柱自身截面较小，混凝土和钢筋的用量均较少，可以大大节约工程材料，降低工程造价。由于自身优点突出，异形柱框架剪力墙结构得到广泛的应用。
        1、适用条件及研究现状
        由于异形柱的截面较小，即使加强了配筋也难避免混凝土早期压碎，纵向钢筋压曲的脆性破坏形态，而且节点配筋困难，因此异形柱框架剪力墙结构的房屋高度受到严格的控制。异形柱框架剪力墙结构最大适用高度在非抗震设计地区、6度区、7度区、8度区分别为58m、55m、48m、28m。当房屋高度超过适用高度，在有可靠的结构设计依据，并有一定的加强措施时也可使用。[1]
        近年来，社会各界对异形柱框架剪力墙结构的设计及施工方法进行了许多研究和大量实践。如林勇[2]讨论异形柱结构特征以及它在小高层建筑中的应用。詹文彬[3]针对高层建筑异形柱剪力墙结构梁柱节点的施工质量展开了分析，给出了一套较为完整的质量控制的对策和措施。李旭[4]介绍了异形柱框架结构的特点以及设计中应该注意的问题。
        在各项理论研究与实践的基础上形成的《混凝土异形柱结构技术规程》，经过多年的发展，《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2017自2017年12月1取代了原有的JGJ149-2006。此次更新进一步促进了异形柱框架剪力墙结构形式的应用与发展。
        2、异型柱框架剪力墙结构的设计要点
        现行《混凝土异形柱结构技术规程》(JGJ149-2017)涵盖了异形柱的结构布置、计算分析、截面设计及构造措施等，为异形柱框架剪力墙结构设计提供了依据。
        作为结构设计人员，具体设计流程如下：根据标准层建筑图——画结构模板图——建标准层计算模型——根据计算参数调整模板图——确定2层及2层以上各结构模板图——画二层模板图时，区分下层柱及上层柱，将下层柱提资给画地下室顶板模板图设计人——画竖向构件¬——画一标准层梁板，完成其他各层梁板配筋——同时进行楼梯设计——完成墙身大样——校对审核——会签。
        结构设计的关键一步是根据标准层建筑图通过计算参数确定结构设计方案，结构设计方案是决定结构合理性与经济性的重要因素。在“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”等概念设计的基础上，综合考虑设防烈度、房屋高度、施工技术、经济和使用条件等因素后，确定结构形式。对小高层建筑而言，兼顾功能性和经济性指标，异形柱框架剪力墙结构往往是较好的选择。
        结构设计计算时，剪重比、周期比、位移比、轴压比、刚度比、刚重比、受剪承载力比等计算参数应满足规范要求。除了以上指标外，不同于框架结构和剪力墙结构，对于异形框架柱剪力墙结构而言，有两个指标需要更加注意。
        第一，进行结构布置初算时，M的大小决定了结构体系的计算方法。
        结构体系的选择方法如下表所示：

        第二，0.2V0调整。对于异形柱框架剪力墙结构，由于剪力墙刚度比异形柱刚度大，导致剪力墙比异形柱框架承担的地震力大。为了保证框架部分在剪力墙被地震力破坏后的可靠性，需要让框架部分承担至少20%的基底剪力和按框架剪力墙分析的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者中的较小值，以增加框架的安全度，这便是0.2V0调整的基础。
        在考虑调整时须注意以下几点：a.对柱少剪力墙多的框架剪力墙结构，让框架梁柱承担20%的基底剪力会使放大系数过大，以致梁柱无法设计。所以20%的调整一般只用于主体结构，一旦结构内收知则不应往上调整。b.若考虑调整后框架梁柱内力增加过大，可调整文件中的放大系数，程序将按WV02Q.OUT中的系数调整。c. 0.2V0调整的放大系数只针对框架梁柱的弯矩及剪力，不调整轴力。
        以盈建科1.9.3为例，指定0.2V0调整的分段数，每段的起始层号和终止层号，以空格或逗号隔开，如果不分段，则分段数填1，分段数的多少根据竖向构件截面尺寸的变化而定。如不进行0.2V0调整，应将分段数填为0。由于程序计算的0.2V0调整和框支柱的调整系数可能很大，用户可设置调整系数的上限值，这样程序进行相应调整时，采用的调整系数将不会超过这个上限值。如果调整数值过大，一方面可能是结构方案的问题，另外可能是地下室外墙分担剪力很大，导致地下室框架柱剪力很小，这样调整系数也会很大。
        3、异形柱框架剪力墙结构的构造措施及施工要点
        异形柱框架剪力墙结构作为框架剪力墙结构的特殊形式，要比一般框架柱要求严格。异形柱其柱肢截面的肢高肢厚比小于4，且肢长不小于500mm，一般肢厚取200mm、240mm。钢筋应满足如下要求：在同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，其直径不应小于14mm，且不应大于25mm。同时纵向受力钢筋间距、净距及箍筋等级、加密区应满足规范要求。
        对于异形柱框架剪力墙结构而言，异形柱施工质量是保证结构合理性的关键因素之一，如下几点应进行严格控制：
        第一，确保施工精度，减小尺寸偏差。由于混凝土异形柱截面较小，应采取可靠措施保证截面尺寸，冬雨季及高温天气等易对构件截面产生影响的环境，要制定专项施工方案保证施工质量。
        第二，垂直度控制。从模板，钢筋，混凝土施工均要采取严格的控制措施保证异形柱垂直度，确保异形柱竖向受力状态，避免产生附加弯矩。
        第三，梁柱交接点处施工质量。梁柱节点处配筋较为密集，施工时的难度较大；当梁柱混凝土标号不同时，混凝土不易施工，因此应采取可靠措施保证梁柱交接点施工质量，保证了梁柱节点处施工质量就是保证了结构传力路径。
        4、结语
        通过对异形柱框架剪力墙结构设计及施工要点的探讨，可以发现：对于异形柱框架剪力墙结构，进行结构布置初算时，水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值及0.2V0调整需要格外关注；施工中，异形柱的施工质量是保证结构合理性的关键因素之一。
        参考文献
        [1]混凝土异形柱结构技术规程JGJ149-2017。
        [2]林勇.异形柱结构在小高层的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012，(20)。
        [3]詹文彬. 高层建筑异形柱剪力墙结构梁柱节点的施工质量[J]. 新材料新装饰，2014，(13)。
        [4]李旭.异形柱框架结构在多层住宅设计中的应用[J].建筑•建材•装饰，2016，(18)。