中船第九设计研究院工程有限公司 200063
摘要:本文根据笔者在钢筋混凝土异型柱结构设计中积累的实践经验，针对异型柱结构经常出现的抗震不规则问题，经过分析、总结，提出了自己的解决方法。
关键词:异形柱；抗震不规则；结构设计；解决方法；
1 引言
近年来，随着我国经济持续发展和人们生活水平的不断提高，人们对住宅建筑的要求越来越高，既要求房间墙体平面布置灵活适应性强又要兼顾外立面美观采光性能好。在这种情况下，传统的砌体结构房屋因受承重墙分割规则影响：开间较小、可变性差、自身笨重抗震性能不佳，已经逐渐跟不上时代的步伐。采用开间布置灵活、装修改造适应性强、抗震性能好的框架结构可以较好地解决上述问题。但是普通的框架结构又会带来另一个问题：凸出墙面的框架柱角给住宅室内装修和家居布置带来极大的不便，影响美观和平面有效面积的合理利用。由此，框架结构衍生出一支新的分支，即异形柱框架结构。异形柱结构柱截面采用几何形状为L型、T型和十字型，且截面各肢的肢高肢厚之比不大于4。异形柱结构的出现，以其良好的空间性能，完美的建筑美观功能，越来越受到人们的青睐，尤其在住宅楼设计中，各方面优势极为显著。但是作为一种较为新颖的结构形式（国家规范2006年才出台，现行的规范是2017版），它的争议性也颇多。比如在抗震方面，由于如今建筑美学的高速发展,住宅建筑经常会出现很多抗震不规则的情况。这篇文章来源于笔者在异形柱结构设计中取得的心得体会，主要是针对异形柱结构项目中出现的几种常见抗震不规则（包括平面不规则和竖向不规则），提出自己的一些分析解决方法。
2 某钢筋混凝土异形柱结构项目概况
某项目位于上海市青浦区西部(靠近淀山湖)，西至绿湖路，南至绿洲路和新阳七号支河，北至淀山湖大道，东至复兴路和中心河。项目为多栋多层钢筋混凝土异型柱结构别墅，共有D1、D4、S 、L1、L2五种房型。总建筑面积约60000平方米。抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组（设计地震加速度值为0.1g），场地特征周期为0.9s，场地类型为Ⅳ类（上海地区），地震影响系数最大值采用0.08（多遇地震）。计算地震作用时，采用上海市建筑抗震设计规程所附的地震影响系数曲线，结构阻尼比取0.05。本工程混凝土结构的抗震设防类别为丙类，结构抗震等级为框架三级，设计使用年限为50年，建筑物安全等级为二级。
3 抗震不规则情况说明（以L1 房型为例）
L1户型地上三层，地下一层，采用钢筋混凝土异形柱框架结构，地下一层、一层平面尺寸为42.00X8.90m，二层平面尺寸为37.80X8.30m，三层平面尺寸为15.00X8.30m（二层及以上分为两个单体）；地下室层高为3.2m一层层高为3.45m，二、三层层高均为3.00m，建筑总高度为9.55m（檐口处）。采用现浇钢筋混凝土梁、板体系，结构设计以地下顶板为嵌固部位，嵌固端板厚度180mm，二层楼板厚度为110～120mm，屋面板厚为120mm。框架柱截面尺寸主要为400X400、200X450X250（L形）、200X700X250（T形）。框架梁截面主要为200X400、200X450等。
按照《上海市超限高层建筑抗震设防管理实施细则》（沪建管[2014] 954号）规定，本工程不规则性判别见下表：
一般不规则判别情况
本单体二层在3、11、15、23轴等处局部转换框架柱，按沪建管[2014] 954号文本单体二层在3、11、15、23轴等处局部转换框架柱，按沪建管[2014] 954号文表4第5条“竖向抗侧力构件不连续：上下墙、柱、支撑不连续”，属于一般不规则建筑。
4 针对上述超限情况采取的措施
4.1、对于凹进、局部不连续处楼板按弹性膜模拟，采用PMSAP进行楼板应力分析。真实考虑开洞及楼板凹进对楼板平面内刚度的削弱。
多遇地震下主要控制楼板混凝土保持弹性，即“小震不坏”，楼板小震基本组合验算公式为：。楼板小震应力云图下所示:
4.2、对于竖向抗侧力构件不连续，梁上起柱情况较多的情况，补充弹性动力时程分析。根据高规4.3.5-4条：当取三组时程曲线进行计算时，结构地震作用效应宜取时程法计算结果的包络值与振型分解反应谱法计算结果的较大值；当取七组及七组以上时程曲线进行计算时，结构地震作用效应可取时程法计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
结构选用了7条地震波，取所有地震波楼层剪力的平均值与CQC结果进行对比得到各层地震力放大系数等重要信息进行包络设计。
4.3、对于平面开洞较大，有效板宽较少的区域，补充典型的单榀平面框架计算。具体见下图：
4.4、对于整个结构，采用PKPM建模，SATWE分析，另外采用YJK软件进行指标复核。比较两个不同软件计算出的各项抗震指标信息，做到计算结果互补，查找可能出现的问题。从两种程序计算结果对比可以看出，计算基本满足规范要求，且计算结果拟合度较高，可认为SATWE程序计算结果是可信的，本工程计算结果符合国家及上海相关规范要求。计算表格如下：
4.5、除了结构计算之外，结构抗震构造措施对于减弱抗震不规则体系影响也能起到非常关键的作用。本项目采取的抗震构造措施有:对楼板凹进处周边相关板钢筋双层双向拉通，转换梁周边一跨范围内楼板钢筋双层双向拉通，转换梁抗震等级提高一级，箍筋全加密，转换柱箍筋全加密，重要的转换框架梁箍筋直径最小采用10mm。
5 结束语
异型柱结构正越来越广泛地应用于建筑结构设计领域，对于异形柱结构抗震不规则问题，我们需要在设计中充分了解异型柱结构的受力特点及其破坏机理，选用合理的结构布置，正确使用计算方法，采用最适合的构造措施，才能在最大限度内避免抗震不规则带来的影响。通过前面的分析和探讨，把异型柱设计中最常出现的几种抗震不规则问题的原因和解决方法进行了简单的总结和归纳。希望能对结构设计同行们有所帮助。
参考文献:
[1]JGJ149-2017混凝土异形柱结构设计规程 北京：中国建筑工业出版社
[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范（2016版） 北京：中国建筑工业出版社
[3]GB50010-2010混凝土结构设计规范(2015版) 北京：中国建筑工业出版社
[4]吕西林，周德源，等。建筑结构抗震设计理论与实例（第二版）上海：同济大学出版社
[5]吴苏龙.混凝土异形柱结构抗震设计中的常见问题 建筑结构2009年第三十九卷增刊
论文作者:李皓
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/7/1
标签：结构论文; 不规则论文; 楼板论文; 异形论文; 结构设计论文; 钢筋混凝土论文; 平面论文; 《防护工程》2019年第7期论文;