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《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149-2006

5057

1总 则

1.0.1 为在混凝土异形柱结构设计及施工中贯彻执行国家技术经济政策,做到安全适用、技术先进、经济合理、确保质量,制定本规程。
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1.0.2 本规程主要适用于非抗震设计和抗震设防烈度为6度、7度(0.10g,0.15g)和8度(0.20g)抗震设计的一般居住建筑混凝土异形柱结构的设计及施工。
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1.0.3 混凝土异形柱结构的设计及施工,除应符合本规程的规定外,尚应符合国家现行有关标准的规定。
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2术语、符号

2.1 术 语

2.1.1 异形柱 specially shaped column

截面几何形状为L形、T形和十字形,且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。

2.1.2 异形柱结构 structure with specially shaped columns

采用异形柱的框架结构和框架-剪力墙结构。

2.1.3 柱截面肢高肢厚比 ratio of section height to section thickness of column 1eg

异形柱柱肢截面高度与厚度的比值。
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2.2 符号

 


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3结构设计的基本规定

3.1 结构体系

3.1.1 异形柱结构可采用框架结构和框架—剪力墙结构体系。

根据建筑布置及结构受力的需要,异形柱结构中的框架柱,可全部采用异形柱,也可部分采用一般框架柱。

当根据建筑功能需要设置底部大空间时,可通过框架底部抽柱并设置转换梁,形成底部抽柱带转换层的异形柱结构,其结构设计应符合本规程附录A的规定。
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3.1.2 异形柱结构适用的房屋最大高度应符合表3.1.2的要求。
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3.1.3 异形柱结构适用的最大高宽比不宜超过表3.1.3的限值。
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3.1.4 异形柱结构体系应通过技术、经济和使用条件的综合分析比较确定,除应符合国家现行标准对一般钢筋混凝土结构的有关要求外,还应符合下列规定:

1 异形柱结构中不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式;

2 抗震设计时,异形柱结构不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式,也不应采用单跨框架结构;

3 异形柱结构的楼梯间、电梯井应根据建筑布置及结构抗侧向作用的需要,合理地布置剪力墙或一般框架柱;

4 异形柱结构的柱、梁、剪力墙均应采用现浇结构。
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3.1.5 异形柱结构的填充墙与隔墙应符合下列要求:

1 填充墙与隔墙应优先采用轻质墙体材料,根据不同条件选用非承重砌体或墙板;

2 墙体厚度应与异形柱柱肢厚度协调一致,墙身应满足保温、隔热、节能、隔声、防水和防火等要求;

3 填充墙和隔墙的布置、材料强度和连接构造应符合国家现行标准的有关规定。
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3.2 结构布置

3.2.1 异形柱结构宜采用规则的结构设计方案。抗震设计的异形柱结构应符合抗震概念设计的要求,不应采用特别不规则的结构设计方案。
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3.2.2 抗震设计时,对不规则异形柱结构的定义和设计要求,除应符合国家现行标准外,尚应符合本规程第3.2.4条和第3.2.5条的有关规定。
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3.2.3 异形柱结构的平面布置应符合下列要求:

1 异形柱结构的一个独立单元内,结构的平面形状宜简单、规则、对称,减少偏心,刚度和承载力分布宜均匀;

2 异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通;异形柱截面肢厚中心线宜与框架梁及剪力墙中心线对齐;

3 异形柱框架-剪力墙结构中剪力墙的最大间距不宜超过表3.2.3的限值(取表中两个数值的较小值),当剪力墙之间的楼盖、屋盖有较大开洞时,剪力墙间距应比表中限值适当减小。当剪力墙间距超过限值时,在结构计算中应计入楼盖、屋盖平面内变形的影响。底部抽柱带转换层异形柱结构的剪力墙间距宜符合本规程附录A的有关规定。


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3.2.4 异形柱结构的竖向布置应符合下列要求:

1 建筑的立面和竖向剖面宜规则、均匀,避免过大的外挑和内收;

2 结构的侧向刚度沿竖向宜均匀变化,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力沿竖向的突变,竖向结构构件的截面尺寸和材料强度不宜在同一楼层变化;

3 异形柱框架-剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐连续贯通房屋全高。
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3.2.5 不规则的异形柱结构,其抗震设计尚应符合下列要求:

1 扭转不规则时,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.45;

2 楼层承载力突变时,其薄弱层地震剪力应乘以1.20的增大系数;楼层受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%;

3 竖向抗侧力构件不连续(底部抽柱带转换层异形柱结构)时,该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25~1.5的增大系数;

4 受力复杂部位的异形柱,宜采用一般框架柱。
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3.3 结构抗震等级

3.3.1 抗震设计时,异形柱结构应根据结构体系、抗震设防烈度和房屋高度,按表3.3.1的规定采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。
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3.3.2 框架-剪力墙结构,在基本振型地震作用下,当框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时,其框架部分的抗震等级应按框架结构确定。

3.3.3 当异形柱结构的地下室顶层作为上部结构的嵌固端时,地下一层结构的抗震等级应按上部结构的相应等级采用,地下一层以下的抗震等级可根据具体情况采用三级或四级。
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4结构计算分析

4.1 极限状态设计

4.1.1 居住建筑异形柱结构的安全等级应采用二级。
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4.1.2 异形柱结构的设计使用年限不应少于50年。
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4.1.3 异形柱结构应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算和验算。
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4.1.4 异形柱结构中异形柱正截面、斜截面及梁柱节点承载力应按本规程第5章的规定进行计算;其他构件的承载力计算应遵守国家现行相关标准的规定。
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4.1.5 异形柱结构构件承载力应按下列公式验算:

4.1.6 异形柱结构的构件截面设计应根据实际情况,按国家现行标准的有关规定进行竖向荷载、风荷载和地震作用效应分析及作用效应组合,并取最不利的作用效应组合作为设计的依据。

4.1.7 异形柱结构应进行风荷载、地震作用下的水平位移验算。


4.2 荷载和地震作用

4.2.1 异形柱结构的竖向荷载、风荷载及雪荷载等取值及组合应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定。

4.2.2 异形柱结构抗震设防烈度和设计地震动参数应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定确定;对已编制抗震设防区划的地区,可按批准的抗震设防烈度或设计地震动参数进行抗震设防。
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4.2.3 抗震设防烈度为6度、7度(0.10g、0.15g)及8度(0.20g)的异形柱结构应进行地震作用计算及结构抗震验算。
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4.2.4 异形柱结构的地震作用计算,应符合下列规定:

1 一般情况下,应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算,各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担,7度(0.15g)及8度(0.20g)时尚应对与主轴成45°方向进行补充验算;

2 在计算单向水平地震作用时应计入扭转影响;对扭转不规则的结构,水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响。
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4.2.5 异形柱结构地震作用计算宜采用振型分解反应谱法,不规则的异形柱结构的地震作用计算应采用扭转耦联振型分解反应谱法。
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4.3 结构分析模型与计算参数

4.3.1 在竖向荷载、风荷载或多遇地震作用下,异形柱结构的内力和位移可按弹性方法计算。框架梁及连梁等构件可考虑在竖向荷载作用下梁端局部塑性变形引起的内力重分布。
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4.3.2 异形柱结构的分析模型应符合结构的实际受力状况,异形柱结构的内力和位移分析应采用空间分析模型,可选择空间杆系模型、空间杆-薄壁杆系模型、空间杆-墙板元模型或其他组合有限元等分析模型。

规则结构初步设计时,也可采用平面结构空间协同模型估算。
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4.3.3 异形柱结构按空间分析模型计算时,应考虑下列变形:

——梁的弯曲、剪切、扭转变形,必要时考虑轴向变形;

——柱的弯曲、剪切、轴向、扭转变形;

——剪力墙的弯曲、剪切、轴向、扭转变形,当采用薄壁杆系分析模型时,还应考虑翘曲变形。
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4.3.4 异形柱结构内力与位移计算时,可假定楼板在其自身平面内为无限刚性,并应在设计中采取措施保证楼板平面内的整体刚度。

对楼板大洞口的不规则类型,计算时应考虑楼板平面内的变形,或对采用楼板平面内无限刚性假定的计算结果进行适当调整。
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4.3.5 异形柱结构内力与位移计算时,楼面梁刚度增大系数、梁端负弯矩和跨中正弯矩调幅系数、扭矩折减系数、连梁刚度折减系数的取值,以及框架—剪力墙结构中框架部分承担的地震剪力调整要求,可根据国家现行标准按一般混凝土结构的有关规定采用。
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4.3.6 计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期,应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。
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4.3.7 异形柱结构的计算自振周期折减系数ψT可按下列规定取值:

1 框架结构可取0.60~0.75;

2 框架—剪力墙结构可取0.70~0.85。
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4.3.8 设计中所采用的异形柱结构分析软件的技术条件,应符合本规程的有关规定。软件应经考核验证和正式鉴定,对结构分析软件的计算结果应经分析判断,确认其合理有效后方可用于工程设计。
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4.4 水平位移限值

4.4.1 在风荷载、多遇地震作用下,异形柱结构按弹性方法计算的楼层最大层间位移应符合下式要求:

4.4.2 7度抗震设计时,底部抽柱带转换层的异形柱结构、层数为10层及10层以上或高度超过28m的竖向不规则异形柱框架-剪力墙结构,宜进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。弹塑性变形的计算方法,可采用静力弹塑性分析方法或弹塑性时程分析方法。

4.4.3 罕遇地震作用下,异形柱结构的弹塑性层间位移应符合下式要求:


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5截面设计

5.1 异形柱正截面承载力计算

5.1.1 异形柱正截面承载力计算的基本假定应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010第7.1.2条的规定采用。
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5.1.2 异形柱双向偏心受压的正截面承载力可按下列方法计算:

1 将柱截面划分为有限个混凝土单元和钢筋单元(图5.1.2-1),近似取单元内的应变和应力为均匀分布,合力点在单元形心处;

 

2 截面达到承载能力极限状态时各单元的应变按截面应变保持平面的假定确定;

3 混凝土单元的压应力和钢筋单元的应力应按本规程第5.1.1条的假定确定;

4 无地震作用组合时异形柱双向偏心受压的正截面承载力应按下列公式计算(图5.1.2-1)

5 有地震作用组合时异形柱双向偏心受压正截面承载力应 按公式(5.1.2-1)~(5.1. 2-8)计算,但在公式(5.1.2-1)~ (5.1.2-3)右边应除以相应的承载力抗震调整系数γRE。γRE应按本规程第5.1.8条采用。

 

 

 

当反弯点不在柱的层高范围内时,二、三级抗震等级的异形柱端弯矩设计值应按有地震作用组合的弯矩设计值分别乘以系数1.3、1.1确定;框架顶层柱及轴压比小于0.15的柱,柱端弯矩设计值可取地震作用组合下的弯矩设计值。

2 节点上、下柱端的轴向力设计值,应取地震作用组合下各自的轴向力设计值。
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5.1.6 有地震作用组合的框架结构底层柱下端截面的弯矩设计值,对二、三级抗震等级应按有地震作用组合的弯矩设计值分别乘以系数1.4和1.2确定。
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5.1.7 二、三级抗震等级框架的角柱,其弯矩设计值应按本规程第5.1.5和5.1.6条调整后的弯矩设计值乘以不小于1.1的增大系数。
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5.1.8 有地震作用组合的异形柱,正截面承载力抗震调整系数γRE应按下列规定采用:

——轴压比小于0.15的偏心受压柱应取0.75;

——轴压比不小于0.15的偏心受压柱应取0.80;

——偏心受拉柱应取0.85。
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5.2 异形柱斜截面受剪承载力计算