异形柱框架结构设计中的几个问题

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异形柱框架结构设计中的几个问题

●吴锁柱 吉林省吉苑建筑设计审查有限公司 ●吴 迪 吉林省建筑设计院有限责任公司

【摘 要】主要介绍异形柱框架结构设计中，异形柱框架结构受力钢筋的保护层、一字形异形柱及框架结构布置等问题。

【关键词】异形柱、框架结构

近年来工程设计中采用了大量的异形柱结构，异形柱结构本身截面形状（特性）、内力、变形及抗震性能与矩形截面柱比有较大差别。砼和钢筋用量比矩形柱结构大4～9%，但异形柱结构房屋的有效使用面积比矩形柱结构净增约0.60～1.20%，且房间内无柱角，更能被用户接受。然而在以往的设计中，有些设计者不能很好理解《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006有关内容，不了解异形柱结构受力特点，仍然按一般钢筋砼框架结构设计，以致于留下很多安全隐患。

一、关于“一”字形柱

《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006第6.1.4条规定，肢高不应小于500㎜，柱两肢的肢高比不宜超过1.6，且肢厚相差不大于50㎜。工程设计中，由于使用功能要求，在门窗处布置异形柱，异形柱肢高在200㎜～500㎜之间，最不利时仅剩“一”字形柱，为了承重墙，布置受力框架梁垂直于“一”字形柱，我们知道“一”字形柱平面外刚度及承载力很小。当“一”字形柱与平面外方向梁连接时，会造成柱平面外弯矩。另外，梁的支座宽度一般仅为200㎜，无法满足抗震地区梁的受力钢筋锚入节点水平长度不应小于0.4laE,非抗震地区梁的受力钢筋锚入节点水平长度不应小于0.4la的要求。在

地震及组合内力作用下，梁支座处柱纵向受力钢筋有可能在节点一侧受拉，另一侧受压，对于梁柱节点易引起纵向受力钢筋在节点核心区锚固破坏。

《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006以L型、T型、十字型截面为基础编制的。试验表明：“一”字形柱节点受剪承载力降低明显，不能保证节点组合体延性。异形柱框架节点受剪承载力比矩形柱框架节点受剪承载力略低。所以规程规定不允许采用“一”字形异形柱。如需要设置柱，应将“一”字形柱改为矩形柱。

二、关于纵向受力钢筋的保护层厚度

《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006第6.1.6条规定了梁、柱纵向受力钢筋的保护层厚度。一般异形柱的厚度及梁的宽度仅为200㎜，国家标准图集06SG331-16第7.6条规定每排纵向受力钢筋不应多于2根，根数较多时，可分多排布置或加大梁宽,工程设计中设计者仍按普通框架梁柱布置钢筋，每排纵向受力钢筋根数往往多于2根，纵筋间距小，造成受力钢筋混凝土保护层减小，个别设计为解决纵向受力钢筋根数较多问题，将纵向受力钢筋保护层厚度减小，影响结构的耐久性能。我们知道钢筋的混凝土保护层厚度是混凝土结构耐久性设计一项重要内容。钢筋的混凝土保护层厚度不足，钢筋过早地开始发生锈蚀，钢筋开始发生锈蚀的极限状态，应为混凝土碳化发展到钢筋表面，或氯离子侵入混凝土内部并在钢筋表面积累的浓度达到临界浓度，钢筋锈蚀发展导致混凝土构件表面开始出现顺筋裂

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“问题建筑”再敲警钟

缝，或钢筋截面的径向锈蚀达到一定的深度，保护层很快剥落。将会影响混凝土构件的承载力。再有当梁柱承受低周反复荷载作用，将出现粘结裂缝，纵筋与混凝土之间出现滑动，使纵筋之间混凝土酥裂。另外，受力钢筋根数过多时，将导致浇筑混凝土困难，特别是节点梁柱钢筋交叉较多，钢筋排放更加困难。

为防止混凝土保护层开裂剥落，为保证纵向受力钢筋的粘结强度，减小发生粘结破坏的危险性，应确保受力钢筋的混凝土保护层厚度。

三、关于异形柱框架结构平面布置

《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006第2.1.1条规定了异形柱截面几何形状，即L形、T形、十形，在结构工程设计中，异形柱布置经常出现Z形柱，Z形柱结构计算时会出现箍筋超筋现象，导致

无法进行配筋。Z形柱属不规则形状，超出了《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006及软件计算范围。柱截面肢高与肢厚比3～4时为异形柱，当肢高大于肢厚5倍时，其截面已经是短肢剪力墙，当截面较大或超出异形柱范围，将会分配到较大的地震力。如果增大截面或提高砼、钢筋强度等级，将给使用带来不便，使整个工程造价增加，造成浪费。如果将Z形柱分解为两个L形异形柱，并增设连梁与两个L形异形柱连接，结构计算模型改变后就不会出现非正常计算结果。

通过以上异形柱结构设计中几个问题探讨可见，设计者应吃透《规程》，要深刻了解异形柱结构受力特点，避免采用“一”字形柱。梁、异形柱受力钢筋的砼保护层必须按规程执行。异形柱平面布置更要慎重，应以规程L型、T型、十字型截面为基础。

北京大兴区6栋在建保障性住房因工程结构质量存在问题，被主管部门要求拆除重建，使得近年来广受关注的工程质量问题再次成为关注热点。

已经建成的楼房因为质量问题被拆除重建，有可能避免其投入使用后危及使用者的生命财产安全，无疑是件好事。但拆除重建6栋在建楼房，毕竟会造成巨大经济损失，而且延缓使用时间，影响群众生活，坏处同样显而易见。如此看来，解决工程质量问题，拆除重建远非良策。

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工减料以牟取暴利等“黑幕”。

但近年来屡屡出现的“楼歪歪”、“楼脆脆”乃至今年国庆节前夕媒体披露的大桥一年两次大修、多地建筑钢筋被违法拉细等，暴露了当前工程质量问题的严重性。

这些工程在多个环节屡屡无视质量安全法规，造出“豆腐渣”工程，可见质量问题背后的利益诱惑多么巨大。

违法违规行为，通常都会付出惨重代价。以此次出现问题的北京大兴区6栋保障性住房来看，其建筑结构已经建到第5层至第9层，如今要拆除重建，相比于当初偷工减料“节约”下来的成本，孰轻孰重一目了然，值得相关各方引以为戒。