本發(fā)明涉及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體地，涉及一種連續(xù)變向鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，建筑造型越來越多樣化、復(fù)雜化，斜柱常常被局部或者大量運用到建筑中。斜柱的應(yīng)用，使得結(jié)構(gòu)體系的受力特點與常規(guī)結(jié)構(gòu)不同。斜柱引起樓蓋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平力，連續(xù)變向鋼筋混凝土斜柱斜率不斷變化，將引起不同層樓蓋結(jié)構(gòu)水平力的大小及分布均不同。斜柱豎向剛度小于普通直柱，豎向荷載作用下，斜柱與同層直柱的豎向位移差大小影響構(gòu)件的受力狀態(tài)，而且施工方案的不同，將會引起此位移差的不同，進而影響結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，常規(guī)設(shè)計方法不考慮施工過程影響，不適用于連續(xù)變向鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)體系。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(1)解決的技術(shù)問題：

連續(xù)變向鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)體系的各層框架柱部分或全部為斜柱，且斜柱斜率不斷變化。此結(jié)構(gòu)體系與常規(guī)直柱結(jié)構(gòu)不同，有如下幾個方面的問題需要解決。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計必須結(jié)合施工方案

連續(xù)變向鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)體系的豎向變形影響不可忽略，斜柱的豎向剛度與本層直柱或剪力墻構(gòu)件豎向剛度差別很大，在豎向荷載作用下的斜柱與直柱或剪力墻變形值有較大差異，此位移差將影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力的大小及分布。結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮此變形差異對結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響。施工過程中，施工方案尤其是各層卸載時間影響到結(jié)構(gòu)豎向變形的大小，各層卸載時間的不同使得結(jié)構(gòu)在自重作用下每層斜柱的豎向變形與同層直柱豎向變形差異明顯不同，進而影響構(gòu)件的受力狀態(tài)。若采用逐層施工、逐層加載的施工方法，即施工一層卸載一層，再施工第二層的方式，每一層變形完成找平后再施工上層，每層斜柱與同層直柱的位移差都不累加到上層，即每層的累計位移差都僅包含本層的位移差。這種施工方式對結(jié)構(gòu)受力最有力，每層構(gòu)件內(nèi)力最小，但施工工期太長，實際施工很難實現(xiàn)。若采用一次性加載的方式，所有樓層施工完成后再開始卸載，每層斜柱與同層直柱的位移差就會層層累計，每層累計位移差都包含了其下各層的位移差，構(gòu)件內(nèi)力尤其頂層梁構(gòu)件內(nèi)力加大很多，不利于結(jié)構(gòu)設(shè)計。因此，此結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計需要與施工方案密切結(jié)合，通過設(shè)計計算確定不同施工方案下結(jié)構(gòu)體系的受力狀態(tài)，并本著結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方案均經(jīng)濟合理的原則完成結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2抗側(cè)剛度

斜柱的抗側(cè)剛度較普通直柱大的多，且隨斜率變化而不斷變化,使得結(jié)構(gòu)每層柱的剛度均無規(guī)律變化,結(jié)構(gòu)設(shè)計需要不斷調(diào)整各層其余構(gòu)件剛度以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)剛度合理性。

3豎向剛度

增大斜柱剛度可以減小在豎向荷載作用下的斜柱與同層直柱或剪力墻變形位移差，需提出合理位移限值，實現(xiàn)各結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的合理性。

4樓層水平構(gòu)件設(shè)計

豎向荷載作用下，斜柱軸力的水平分量必然通過水平樓蓋體系來平衡，使得樓蓋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平力，樓蓋結(jié)構(gòu)不再是通常意義上的受彎構(gòu)件，而是拉彎或壓彎構(gòu)件。不同斜率的斜柱會給樓蓋產(chǎn)生不同程度的水平力，柱斜度越大，水平分量就越大。斜柱向內(nèi)傾斜，對上層樓蓋產(chǎn)生的是壓力，對下層樓蓋產(chǎn)生拉力；反之，斜柱向外傾斜，對上層樓蓋產(chǎn)生拉力，對下層樓蓋則產(chǎn)生壓力；對于不斷變向斜柱，樓蓋的拉壓力就得取決于上下層斜柱產(chǎn)生的水平力合力。因此不同樓層不同位置處樓蓋結(jié)構(gòu)水平力的大小及分布規(guī)律均不同，需要分別采用合理的措施解決。

本發(fā)明提出一種基于連續(xù)變向鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計方法，保證體系的水平剛度、豎向剛度等整體指標(biāo)滿足要求，合理解決樓蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的水平力問題，使施工方案的不同引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化融合到結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工方案均經(jīng)濟合理的目標(biāo)。

(2)技術(shù)方案

針對上述問題，本發(fā)明采取如下設(shè)計方法：

1建立結(jié)構(gòu)設(shè)計模型，完成計算。

2調(diào)整模型，保證結(jié)構(gòu)水平剛度及豎向剛度滿足要求。調(diào)整各層剪力墻布置、剪力墻開洞位置、剪力墻厚度，調(diào)整各層框架梁截面，重新計算，滿足結(jié)構(gòu)各層位移角小于1/800，位移比小于1.2；調(diào)整斜柱截面，滿足恒+活荷載作用下斜柱各層豎向位移不大于層高的1/1000。

3根據(jù)混凝土齡期、施工工藝等因素，在施工工期合理的前提下，確定施工方案及卸載時間。假定結(jié)構(gòu)總層數(shù)為m層，施工到第n層時，第一層混凝土達到允許卸載強度，此時完成第1層卸載，即拆除第1層結(jié)構(gòu)模板。分析此施工方案下各層結(jié)構(gòu)的累計位移差。施工到第n層，完成第1層卸載，即第一層變形完成后施工第n層，此時第2層～第n-1層尚未卸載變形，因此第n層結(jié)構(gòu)斜柱與本層直柱的位移差累計了第2層～第n層的位移差；同理，第n+1層結(jié)構(gòu)斜柱與本層直柱的位移差累計了第3層～第n+1層的位移差，以此類推，第m層結(jié)構(gòu)斜柱與直柱的位移差累計了第m-n+2層～第m層的位移差。

4設(shè)計模型中合理模擬施工方案，施工方案的累計位移差的大小與結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)密切相關(guān)。

5構(gòu)件設(shè)計。根據(jù)樓蓋軸拉力或軸壓力大小及分布采用合理設(shè)計方法。當(dāng)樓蓋軸力為拉力，且拉應(yīng)力小于ft時，樓板通過配筋承擔(dān)所有拉力，相應(yīng)梁按照拉彎構(gòu)件進行設(shè)計；當(dāng)樓蓋軸力為拉力，且樓蓋拉應(yīng)力超過ft時，樓蓋梁采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁，混凝土強度等級不小于c40；當(dāng)樓蓋部分受拉部分受壓時，樓蓋梁采用鋼骨梁，且當(dāng)軸向拉力大于ft時，還需要采用預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁。當(dāng)樓蓋軸力為壓力且樓板壓應(yīng)力小于0.4fc時，梁按照壓彎構(gòu)件進行設(shè)計，樓板不需要進行特別設(shè)計；當(dāng)樓蓋軸力為壓力且樓板壓應(yīng)力大于等于0.4fc時，梁和板均按照壓彎構(gòu)件進行設(shè)計。

6完成結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析是否需要進行優(yōu)化，主要根據(jù)框架柱及與斜柱相連的框架梁的配筋率判斷。若存在以下情況：①柱縱筋總配筋率超過4％的構(gòu)件數(shù)量≥5，②柱縱筋總配筋率超過5％的構(gòu)件數(shù)量≥1，③柱每側(cè)縱筋配筋率大于1.2％的構(gòu)件數(shù)量≥1，④梁縱向受拉鋼筋配筋率超過2％的構(gòu)件數(shù)量≥10，⑤梁縱向受拉鋼筋配筋率超過2.5％構(gòu)件數(shù)量≥1，則設(shè)計較為浪費，需改變施工方案，提前一層進行卸載，即施工到第n-1層，完成第1層卸載。

7重復(fù)上述步驟3，4，5，6，根據(jù)重新確定的施工方案，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計。

(3)有益效果

本發(fā)明所述的設(shè)計方法，解決了連續(xù)變向鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計必須采用與施工方案結(jié)合進行設(shè)計的問題，同時考慮了結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工方案的經(jīng)濟合理性，達到整個工程造價最優(yōu)的經(jīng)濟效果。

根據(jù)體系受力特點，提出的豎向變形位移指標(biāo)，使體系中各類構(gòu)件截面合理經(jīng)濟。結(jié)合樓蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力大小及分布特點，分別采取不同措施解決水平力問題，保證了復(fù)雜節(jié)點施工的可行性，滿足建筑對層高、造型的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中連續(xù)變向鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)體系1層頂結(jié)構(gòu)平面圖；

圖2為本發(fā)明實施例中⑦軸立面圖；

圖3為本發(fā)明實施例中v型斜柱頂鋼骨柱鋼骨梁節(jié)點區(qū)；

圖4為本發(fā)明實施例中鋼骨預(yù)應(yīng)力混凝土梁示意圖；

圖5為本發(fā)明方法流程圖。

各附圖中：1斜柱；2v型斜柱；3直柱；4預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁；5預(yù)應(yīng)力混凝土梁；6普通鋼筋混凝土梁；7剪力墻；8鋼骨；9預(yù)應(yīng)力鋼筋；10普通鋼筋。

具體實施方式

以某辦公樓為例，對本發(fā)明的方法實現(xiàn)連續(xù)變向鋼筋混凝土柱結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計進行詳細說明。

該辦公樓地上8層，結(jié)構(gòu)總高度36m。平面柱網(wǎng)采用橫向8.4米，進深向7.6～13.2米柱跨形式，中間兩榀為直柱或剪力墻，外立面柱為斜柱,斜柱斜率不斷變化，1～4層斜柱向外傾斜，5～8層斜柱向內(nèi)傾斜，1層柱為v型斜柱。如圖1、圖2所示，其設(shè)計方法步驟如下：

1)建立結(jié)構(gòu)設(shè)計模型，完成計算。

2)調(diào)整模型。斜柱抗側(cè)剛度較大，斜柱所在的結(jié)構(gòu)橫向水平剛度大于無斜柱的縱向水平剛度，調(diào)整剪力墻布置、開洞大小、厚度及框架梁截面。結(jié)構(gòu)位移角最大值為1/1152，位移比最大值1.17。恒+活荷載作用下斜柱各層位移最大值為層高的1/1250。

3)根據(jù)施工工藝及合理施工工期，確定施工到第5層時，拆除完畢第一層結(jié)構(gòu)模板。施工到第5層，完成第1層卸載，即第一層變形完成后施工第5層，此時第2層～第4層尚未卸載變形，因此第5層結(jié)構(gòu)斜柱與本層直柱的位移差累計了第2層～第5層的位移差；同理，第6層結(jié)構(gòu)斜柱與本層直柱的位移差累計了第3層～第6層的位移差，以此類推，第8層結(jié)構(gòu)斜柱與直柱的位移差累計了第5層～第8層的位移差。

4)設(shè)計模型中合理模擬施工方案，完成計算。

5)構(gòu)件設(shè)計。在1.2恒+1.4活及1.35恒+0.98活兩種荷載工況包絡(luò)下，根據(jù)樓蓋軸拉力或軸壓力大小及分布分別采用不同設(shè)計方法。1層存在v型斜柱，中間跨樓蓋受壓，邊跨樓蓋受拉。中間跨梁軸壓力最大值為3231kn，壓應(yīng)力大于0.4fc，邊跨梁軸拉力最大值3526kn，拉應(yīng)力大于ft，本層采用預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁，且中間跨梁板按壓彎構(gòu)件進行設(shè)計。v型斜柱采用鋼骨柱，避免其與預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁相交節(jié)點區(qū)鋼筋復(fù)雜，保證施工可行性；2層～4層樓蓋水平力均為拉力，樓蓋梁軸拉力最大值分別為1796kn、1220kn、673kn，拉應(yīng)力均大于ft，采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土梁。5層樓蓋水平力為拉力，樓蓋梁軸拉力最大值272kn，拉應(yīng)力小于ft，采用普通鋼筋混凝土梁，梁按拉彎構(gòu)件進行設(shè)計，樓板通過配筋承擔(dān)所有拉力。6層～8層樓蓋水平力為壓力力，樓蓋梁軸壓力最大值766kn，壓應(yīng)力均小于0.4fc，采用普通鋼筋混凝土梁，梁按壓彎構(gòu)件進行設(shè)計，樓板不需要進行特別設(shè)計。

6)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析是否需要進行優(yōu)化。查看配筋可知，所有框架柱縱筋總配筋率均不大于4％；所有框架柱每側(cè)縱筋配筋率均不大于1.2％；6-7層與斜柱相連的框架梁縱向受拉鋼筋配筋率大于2％的構(gòu)件數(shù)量為8個，8層與斜柱相連的框架梁縱向受拉鋼筋配筋率大于2.5％的構(gòu)件數(shù)量為4根，設(shè)計不經(jīng)濟，改變施工方案，提前一層進行卸載，即施工到第4層，完成第1層卸載。

7)重復(fù)上述步驟3，4，5，6，根據(jù)重新確定的施工方案，完成結(jié)構(gòu)計算及構(gòu)件設(shè)計，查看梁柱配筋設(shè)計較為合理，設(shè)計完成。