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摘 要：世园酒店及商务配套项目4#住宿楼结构形式是异形柱剪力墙结构，本文主要是对4#住宿楼进行PKPM建模，提取SATWE结果进行分析，进一步证实异形柱结构在实际项目中应用的可行性。
关键词：异形柱；异形柱；剪力墙结构
中图分类号：TU312 +.3 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）12-0190-01
1 工程概况
本工程为青岛2014世园酒店及商务配套项目4#住宅楼，工程为现浇钢筋混凝土异形柱框架剪力墙结构。总建筑面积2555.70m2，地上3层，半地下室1层，为住宿楼。左边两个单元和右边4个单元中间设抗震缝，缝左面和缝右面有500mm的高差，房屋左面檐口标高11.700m，房屋右面檐口标高11.200m。工程采用防水板加独立（条形）基础，基础持力层为第16层花岗岩强风化带，地基承载力特征值fak=1000kPa；工程设计使用年限为50a，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第三组，剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为四级。建筑场地类别为Ⅱ类，设计特征周期值为0.45s。
2 结构材料
为了减轻自重，增加使用面积，适应功能变化，本工程采用了保温、隔热、轻质、高效的墙体材料——粉煤灰加气混凝土砌块，±0.000以上外墙均为200mm粉煤灰加气混凝土砌块，轴线居中。±0.000以下挡土墙为250钢筋混凝土墙，非挡土墙外墙为200mm粉煤灰加气混凝土砌块。混凝土强度等级：基础、柱、梁、板混凝土强度等为C30，构造柱、压顶梁、过梁等均采用 C20；基础垫层为 C15。
3 异形柱结构体系布置
本工程结构布置根据建筑方案，每层相对下一层都有退台，两边单元在负一层顶各有3个梁上升柱，在二层顶南侧3300mm开间因建筑退台须设梁上升柱，Tower有4个梁上升柱，Tower2有6个梁上升柱，为满足建筑功能，很难严格按上面规定设计，只能边试算边调整结构布置，经几次试算和调整，所得的计算结构符合《混凝土异形柱结构技术规范》规定。
4 荷载选用
屋面和楼面活荷载，不上人屋面为0.5kN/m2，厨房为2.5kN/m2，楼梯间为3.5kN/m2，卫生间为2.5kN/m2，阳台为2.5kN/m2。设计考虑50a一遇的风压为0.60kN/m2，雪压为0.20kN/m2；墙面荷载，加气混凝土轻质隔墙容重为2.6kN/m2。
5 截面设计
5.1 异形柱框架梁的截面设计
异形柱框架梁截面可按普通框架结构计算，梁宽根据墙厚可取200mm。主梁截面高度可按（1/10 ～1/15） L确定（L为梁计算长度），除个别跨度较小并考虑建筑立面效果的梁高为300mm外，其余梁高均不小于 400mm。
5.2 异形柱框架柱的截面设计
确定肢厚为墙厚为200mm，肢高500～800mm，左右边单元下面边转角的柱子因窗洞口所限作成一侧肢高600mm，一侧肢高900mm，仍定义成异形柱。
6 计算依据
在设计中应优先采用墙单元模型的高层建筑有限元分析方法，采用了2010版SATWE多高层建筑空间分析程序。可以直接输入异形柱截面进行计算。软件运用数值计算原理和迭代法，将受压区混凝土划分成若干个小单元，利用平面假定法确定钢筋混凝土小单元各点的应变，由混凝土和钢筋的应力应变关系求得混凝土的应力，建立内力平衡用迭代法求出构件所需钢筋面积。
7 设计结果
7.1 轴压比
从SATWE 轴压比计算结果中查得，L形柱最大轴压比0.26，T形柱最大轴压比0.36，一字形短柱最大轴压比0.36，一般框架柱的最大轴压比0.51，符合《混凝土异形柱结构技术规程》的规定。
7.2 周期计算结果
在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，分别不宜大于该楼层两端相应平均值的1.2倍，且不应大于该楼层两端相应平均值的1.4倍；结构扭轉为主的第3自振周期T3与平动为主的第1自振周期T1之比不应大于0.85，模型按多塔算时Tower1的前3个周期是1、3、6，Tower2前3个周期是2、4、5，周期计算结果见表1，模型把两个塔拆开单独计算时，计算模型按多塔计算和单独计算结果是一样的，可看出本工程结构布置是比较合理的。如表1所示。
7.3 配筋要求
纵向受力钢筋的最小配筋率不应小于0.8%不应大于3%。箍筋加密区的箍筋体积配箍率不应小于0. 8%，当剪跨比小于2时箍筋体积配箍率不应小于1.2%。异形柱应采用复合箍筋且箍筋必须做成封闭式箍筋，箍筋末端应做成不小于135°的弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10d（d为钢筋直径）。根据计算结果，配筋结果基本是构造配筋，又进一步证实本工程的异形柱结构的布置比较合理，也说明了异形柱在民用建筑中的应用前景是深远的。
8 结语
自2006年《混凝土异形柱结构技术规程》出台以来，混凝土异形柱结构在民用建筑应用得越来越广泛，然而，由于异形柱结构本身抗震性能不佳、受力复杂，设计人员应更加注重结构布置的合理性，严格遵照“规程”的构造规定进行抗震设计。但实际工程由于建筑功能的要求，使得结构布置很难严格遵照“规程”规定，所以要求设计人员反复试算结构模型，最大程度的满足“规程”规定，使混凝土异形柱框架（剪）结构更安全的得以应用和推广。
关键词：异形柱；异形柱；剪力墙结构
中图分类号：TU312 +.3 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）12-0190-01
1 工程概况
本工程为青岛2014世园酒店及商务配套项目4#住宅楼，工程为现浇钢筋混凝土异形柱框架剪力墙结构。总建筑面积2555.70m2，地上3层，半地下室1层，为住宿楼。左边两个单元和右边4个单元中间设抗震缝，缝左面和缝右面有500mm的高差，房屋左面檐口标高11.700m，房屋右面檐口标高11.200m。工程采用防水板加独立（条形）基础，基础持力层为第16层花岗岩强风化带，地基承载力特征值fak=1000kPa；工程设计使用年限为50a，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第三组，剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为四级。建筑场地类别为Ⅱ类，设计特征周期值为0.45s。
2 结构材料
为了减轻自重，增加使用面积，适应功能变化，本工程采用了保温、隔热、轻质、高效的墙体材料——粉煤灰加气混凝土砌块，±0.000以上外墙均为200mm粉煤灰加气混凝土砌块，轴线居中。±0.000以下挡土墙为250钢筋混凝土墙，非挡土墙外墙为200mm粉煤灰加气混凝土砌块。混凝土强度等级：基础、柱、梁、板混凝土强度等为C30，构造柱、压顶梁、过梁等均采用 C20；基础垫层为 C15。
3 异形柱结构体系布置
本工程结构布置根据建筑方案，每层相对下一层都有退台，两边单元在负一层顶各有3个梁上升柱，在二层顶南侧3300mm开间因建筑退台须设梁上升柱，Tower有4个梁上升柱，Tower2有6个梁上升柱，为满足建筑功能，很难严格按上面规定设计，只能边试算边调整结构布置，经几次试算和调整，所得的计算结构符合《混凝土异形柱结构技术规范》规定。
4 荷载选用
屋面和楼面活荷载，不上人屋面为0.5kN/m2，厨房为2.5kN/m2，楼梯间为3.5kN/m2，卫生间为2.5kN/m2，阳台为2.5kN/m2。设计考虑50a一遇的风压为0.60kN/m2，雪压为0.20kN/m2；墙面荷载，加气混凝土轻质隔墙容重为2.6kN/m2。
5 截面设计
5.1 异形柱框架梁的截面设计
异形柱框架梁截面可按普通框架结构计算，梁宽根据墙厚可取200mm。主梁截面高度可按（1/10 ～1/15） L确定（L为梁计算长度），除个别跨度较小并考虑建筑立面效果的梁高为300mm外，其余梁高均不小于 400mm。
5.2 异形柱框架柱的截面设计
确定肢厚为墙厚为200mm，肢高500～800mm，左右边单元下面边转角的柱子因窗洞口所限作成一侧肢高600mm，一侧肢高900mm，仍定义成异形柱。
6 计算依据
在设计中应优先采用墙单元模型的高层建筑有限元分析方法，采用了2010版SATWE多高层建筑空间分析程序。可以直接输入异形柱截面进行计算。软件运用数值计算原理和迭代法，将受压区混凝土划分成若干个小单元，利用平面假定法确定钢筋混凝土小单元各点的应变，由混凝土和钢筋的应力应变关系求得混凝土的应力，建立内力平衡用迭代法求出构件所需钢筋面积。
7 设计结果
7.1 轴压比
从SATWE 轴压比计算结果中查得，L形柱最大轴压比0.26，T形柱最大轴压比0.36，一字形短柱最大轴压比0.36，一般框架柱的最大轴压比0.51，符合《混凝土异形柱结构技术规程》的规定。
7.2 周期计算结果
在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，分别不宜大于该楼层两端相应平均值的1.2倍，且不应大于该楼层两端相应平均值的1.4倍；结构扭轉为主的第3自振周期T3与平动为主的第1自振周期T1之比不应大于0.85，模型按多塔算时Tower1的前3个周期是1、3、6，Tower2前3个周期是2、4、5，周期计算结果见表1，模型把两个塔拆开单独计算时，计算模型按多塔计算和单独计算结果是一样的，可看出本工程结构布置是比较合理的。如表1所示。
7.3 配筋要求
纵向受力钢筋的最小配筋率不应小于0.8%不应大于3%。箍筋加密区的箍筋体积配箍率不应小于0. 8%，当剪跨比小于2时箍筋体积配箍率不应小于1.2%。异形柱应采用复合箍筋且箍筋必须做成封闭式箍筋，箍筋末端应做成不小于135°的弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10d（d为钢筋直径）。根据计算结果，配筋结果基本是构造配筋，又进一步证实本工程的异形柱结构的布置比较合理，也说明了异形柱在民用建筑中的应用前景是深远的。
8 结语
自2006年《混凝土异形柱结构技术规程》出台以来，混凝土异形柱结构在民用建筑应用得越来越广泛，然而，由于异形柱结构本身抗震性能不佳、受力复杂，设计人员应更加注重结构布置的合理性，严格遵照“规程”的构造规定进行抗震设计。但实际工程由于建筑功能的要求，使得结构布置很难严格遵照“规程”规定，所以要求设计人员反复试算结构模型，最大程度的满足“规程”规定，使混凝土异形柱框架（剪）结构更安全的得以应用和推广。