3.1.1
长期以来,工程实际应用的主要是以T形、L形和十字形截面的异形柱构成的框架结构和框架—剪力墙结构体系,对柱的其他截面形式由于问题的复杂性及目前缺乏充分研究依据而未列入。
这里的异形柱框架结构体系包括全部由异形柱作为竖向受力构件组成的钢筋混凝土结构,也包括由于结构受力需要而部分采用一般框架柱的情形。
为满足在建筑物底部设置大空间的建筑功能要求,异形柱结构体系还可以采用底部抽柱带转换层的异形柱框架结构或异形柱框架-剪力墙结构,此时应遵守本规程附录A的规定。
框架-核心筒结构是框架—剪力墙结构中剪力墙集中布置于建筑平面核心部位的一种特殊情形,其核心筒具有较大的空间刚度和抗倾覆力矩的能力,其外围周边框架柱的抗扭能力相对薄弱,成为抗震的薄弱环节,现有的震害资料表明,框架-核心筒结构在强烈地震作用下,框架柱的损坏程度明显大于核心筒。目前对异形柱用于此类结构体系尚缺乏研究,故现阶段规程的异形柱结构中不包括此类结构体系。
3.1.2
对混凝土异形柱结构,从结构安全和经济合理等方面综合考虑,其适用的房屋最大高度应有所限制,我国现行有关标准中还没有对异形柱结构适用的房屋最大高度做出规定,为此,本规程针对混凝土异形柱框架及框架—剪力墙两种结构体系的一批代表性典型工程,主要考虑下列基本条件:①非抗震设计;②抗震设防烈度为6度、7度(0.10g,0.15g)及8度(0.20g)的抗震设计;③不同场地类别;④不同开间柱网尺寸;⑤结构平均自重按12~14kN/m2;⑥标准层层高按2,9m。根据本规程及现行国家标准的有关规定,进行了系统的结构弹性及弹塑性分析计算,综合考虑异形柱结构现有的理论研究、试验研究成果及设计、施工的工程实践经验,由此归纳总结得到本规程关于异形柱结构适用的房屋最大高度的条文规定,并与现行国家标准相关规定的表达方式基本保持一致,用作工程设计的宏观控制。通过25项典型工程试设计的核验,认为本条关于异形柱结构适用的房屋最大高度的规定是合适的、可行的。
结构的顶层采用坡屋顶时适用的房屋最大高度在国家现行有关标准中未作具体规定,异形柱结构设计时可由设计人员根据实际情况合理确定。当檐口标高不设水平楼板时,总高度可算至檐口标高处;当檐口标高附近有水平楼板,即带阁楼的坡屋顶情形,此时高度可算至坡高的1/2高度处。
异形柱框架-剪力墙结构在基本振型地震作用下,框架部分承受的地震倾覆力矩若大于结构总地震倾覆力矩的50%,其最大适用高度不宜再按框架-剪力墙结构的要求执行,但可比框架结构的要求适当放松,放松的幅度可根据剪力墙的数量及剪力墙承受的地震倾覆力矩确定。
平面和竖向均不规则的异形柱结构或Ⅳ类场地上的异形柱结构,适用的房屋最大高度应适当降低,一般可降低20%左右;底部抽柱带转换层异形柱结构,适用的房屋最大高度应符合本规程附录A的规定。
当异形柱结构中采用少量一般框架柱时,其适用的房屋最大高度仍按全部为异形柱的结构采用。
在异形柱结构实际工程设计中应综合考虑不同结构体系、结构设计方案、抗震设防烈度、场地类别、结构平均自重、开间尺寸、进深尺寸及结构布置的规则性等影响因素,正确使用本规程关于异形柱结构适用的房屋最大高度规定。当房屋高度超过表中规定的数值时,结构设计应有可靠的依据,并采取有效的加强措施。
3.1.3
高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。本规程对异形柱结构适用的最大高宽比的规定系根据异形柱结构的特性,比现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JCJ 3对应的规定有所加严。本条文适用于10层及10层以上或高度超过28m的情形,当层数或高度低于上述数值时,可适当放宽。
3.1.4
影响建筑结构安全的因素有三个层次:结构方案、内力效应分析和截面设计。结构方案虽属概念设计的范畴,但由此所决定的整体稳定性对结构安全的重要意义远超过其他因素。在异形柱结构设计中,应根据是否抗震设防、抗震设防烈度、场地类别、房屋高度和高宽比,施工技术等因素,通过安全、技术、经济和使用条件的综合分析比较,选用合理的结构体系,并宜通过增加结构体系的多余约束和超静定次数、考虑传力途径的多重性、避免采用脆性材料和加强结构的延性等措施来加强结构的整体稳定性,使结构当承受自然界的灾害或人为破坏等意外作用而发生局部破坏时,不至于引发连续倒塌而导致严重恶性后果。
异形柱结构体系除应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011、《混凝土结构设计规范》GB 50010及现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的有关规定外,尚应符合本规程的有关规定。
1. 框架结构与砌体结构在抗侧刚度、变形能力、抗震性能方面有很大差异,将这两种不同的结构混合使用于同一结构中,会对结构的抗震性能产生不利的影响。现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JCJ 3对此做了强制性条文的规定,对异形柱结构同样必须遵守。
2. 根据震害资料,多层及高层单跨框架结构震害严重,故本规程规定:抗震设计的异形柱结构不宜采用单跨框架结构。又基于对异形柱抗震性能特点的考虑,以及目前缺乏专门研究,规定异形柱结构不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式。
3. 在结构设计中利用楼梯间、电梯井位置合理布置剪力墙对电梯设备运行、结构抗震、抗风均有好处,但若剪力墙布置不合理,将导致平面不规则,加剧扭转效应,反而会对抗震带来不利影响,故这里强调”r;合理地布置剪力墙”。对高度不大的异形柱结构的楼梯间、电梯井,可采用一般框架柱。
4. 在异形柱结构中异形柱的肢厚尺寸较小,相应地梁宽尺寸及梁柱节点核心区尺寸均较小,为保证异形柱结构的整体安全,对主要受力构件——柱、梁、剪力墙应采用现浇的施工方式。
3.1.5
国家有关部门已经发布专门文件,禁止使用烧结黏土砖,积极发展和推广应用新型墙体材料,是当前墙体材料革新的一项主要任务。异形柱结构体系就是20世纪70年代以来墙体材料革新推动下促进结构体系变革的产物,它属于框架—轻墙(填充墙、隔墙)结构体系,应优先采用轻质高效的墙体材料,不应采用烧结实心黏土砖,由此带来的效益不仅是改善建筑的保温、隔热性能,节约能源消耗,而且减轻了结构的自重,有利于节约基础建设投资,有利于减小结构的地震作用;采用工业废料制作轻质墙体,有利于利用废料,有利于环境保护,其综合效益值得重视。
异形柱结构的主要特点就是柱肢厚度与墙体厚度取齐一致,在工程实用中尚应综合考虑墙身满足保温、隔热、节能、隔声、防水及防火等要求,以满足建筑功能的需要。在此前提下根据不同条件选用合理经济的墙体形式——砌体或墙板。各地应根据当地实际条件,大力推进住宅产业现代化,解决好与异形柱结构体系配套的墙体材料产品,以确保质量,提高效率和降低成本。