1、异型柱结构配合剪力墙在低层别墅住宅的应用摘要：随着城市化发展以及建筑用地的紧张，高层建筑将日益增多，低层别墅住宅越来越少，但对于高端人群还是有一定的市场。别墅住宅体型的多变，与空间立面变化的调整，使得结构设计师在结构设计时不仅应保证建筑具有足够的安全性，还应保证结构的经济性、合理性。异型柱结构在结构布置上灵活、方便、室内不出现柱楞角、不露梁等特点，成为低层住宅设计的首选方案。本文对低层别墅住宅建筑结构设计中的几个问题进行探讨。 关键词：异形柱；合理布局；经济；总结经验 中图分类号：TU318 文献标识码： A 文章编号： 1、低层别墅住宅结构概念设计的意义及依据 1.1 概念设计的意义：低层别
2、墅住宅建筑能做到结构功能与外部条件一致，充分展现先进的设计，合理的布局，使人舒适居住、能够充分发挥结构方案选型的功能，并取得与经济性的协调，更好地解决构造处理，用概念设计来判断计算设计的合理性。 1.2 概念设计的依据：低层别墅住宅每个构件工作原理和力学性质，构件的设计和构造处理原则，计算程序的力学模型和功能，不断积累的工程实践经验。 2、低层别墅住宅建筑结构设计的特点 低层别墅住宅建筑结构设计与高层建筑结构相比较，结构专业在各专业中占有相对更重要的位置，不同结构体系的选择，直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点
3、有： 2.1 在低层和多层房屋结构中，往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。低层别墅住宅一般不超过地上三层，高度的影响不一定是主要因素。对低层建筑来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的地震作用，其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化，而且水平风荷载的变化在低层建筑中起不到控制作用。 2.2 与高层建筑不同，结构侧移已不是低层别墅住宅结构设计中的关键因素，因为结构在水平荷载作用下的侧移，混凝土异性
4、柱框架结构配合剪力墙，很容易被控制在某一限值之内。 2.3 抗震设计要求较高，在有抗震设防的低层别墅住宅结构设计，除要考虑正常使用时的竖向荷载、风荷载外，还必须使结构具有良好的抗震性能，合理考虑坡屋顶空间作用，尽量做到小震不坏、大震不倒。 2.4 建筑平面和竖向布置力求规则和对称，别墅一般为一个独立结构单元，结构平面形状和刚度宜均匀对称，明显不对称结构应考虑扭转的不利影响，框架应双向设置，并宜纵向交联。竖向体型应力求规则，避免过大的外挑、内收以及楼层刚度沿竖向的突变。 2.5 结构延性也应是重要设计指标。对低层别墅住宅而言，结构刚度不大，在地震作用下的变形较高层小得多。为了使结构在进入塑性变形
5、阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的延性。 3、低层别墅住宅建筑结构设计的几个问题 3.1 低层别墅住宅建筑结构受力性能 对于一个建筑物的最初的方案设计，建筑师考虑更多的是它的平面分区以及空间组成的特点，而不是详细地确定它的具体结构。建筑物底面对建筑物空间形式的竖向稳定和水平方向的稳定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的构件所组成，因此结构必须能将它本身的重量传至地面，结构的荷载总是向下作用于地面的，而结构设计的一个基本要求就是要搞清楚所选择的体系中向下的作用力与地基土的承载力之间的关系。所以，在建筑设计的方案阶段，就必须对主要的承重
6、柱和承重墙的数量和分布作出初期布置设想，保证室内美观，结构合理。 3.2 低层别墅住宅建筑结构设计中的扭转位移控制条件 建筑结构的几何形心、刚度中心、结构重心即为建筑三心，在结构设计时要求建筑三心尽可能汇于一点，即三心合一。结构的扭转问题就是指在结构设计过程中未做到三心合一，在水平荷载作用下结构发生扭转振动效应。为避免建筑物因水平荷载作用而发生的扭转破坏，应在结构设计时选择合理的结构形式和平面布局，尽可能地使建筑物做到三心合一。 在水平荷载作用下，建筑扭转作用的大小取决于质量分布。为使楼层水平力作用沿平面分布均匀，减轻结构的扭转振动，应使建筑平面尽可能采用方形、矩形、圆形、正多边形等简单平面形
7、式。别墅由于景观的要求以及建筑场地的限制，建筑风格不可能采用简单平面形式，当需要采用不规则的且比较复杂的平面形式时，单体建筑结构的绝对侧移值很小，层间位移角的变化依据竖向刚度突变程度不同而定，一般也不是很大。因此，这种低层建筑结构的楼层的扭转位移控制条件可适当放宽，建议不宜大于 1.5，不应大于 2.0。 3.3 结构设计中局部转换的设计注意事项 在别墅设计中经常为了立面美观或平面使用功能，要在上部局部退回，作为露台或平台，下部为大空间的客厅或卧室，结构受力柱无法从基础生根，为了实现顶层的坡屋顶有受力拖点，这时必须局部托柱进行转换。不落地框架柱应直接落在转换层主结构梁上，这根托柱梁应双向布置，
8、可双向均为框架梁，也可一方向为框架梁另一方向为托柱次梁。托柱框架梁的宽度必须大于被托异形柱截面的肢高（就是柱全由梁包住） ，托柱框架梁的高度以及混凝土强度必须满足规范要求。承托上部柱的框架梁必须支撑在可靠的框架柱上，且该转换构件实属结构布置复杂和受力复杂的结构构件。托梁和承托托梁的主受力框架柱在水平地震作用下的计算内力宜乘以增大系数，可以参照高规的 5.1.12 条，以保证结构构件的安全可靠。连接该梁的楼板应加大板厚，双层双向配筋从而加强该梁的平面的约束，保证梁的侧向刚度。 3.4 结构设计中其他注意事项 设计人员自己应把握抗震设计的异形柱结构不应有错层，原因是避免形成短柱，较小的错层（梁高范
9、围内楼板错开） ，不算“错层” ，这里讲的错层是指规范和高规中的“较大错层” 。抗震设计时框架柱的净高与柱截面 长边之比不宜小于 4，不应小于 3。一般楼梯处宜出现短柱，为此在楼梯间两侧布置剪力墙其他地方还是以异形柱为主，异形柱在斜向水平和在作用下，其受剪承力的平面图形为梅花状，等肢情况下（即两肢长度、宽度相同）异形截面柱受剪承载力在各象限图形是凸的。在斜向剪力作用下，如果按两个分量分别配筋满足要求的话，其斜向承载力也能满足要求。由以上原因，异形柱规程规定异形柱斜截面承载力可以分x、y 向分别设计。不等肢情况时，该图形的凸出程度要差一些，两肢长度相差越大，凸出程度越差，一形柱就是个扁椭圆柱。所
10、以，这也是规程规定异形柱截面任一肢长不得小于 500mm 的一个原因。Pkpm 软件实现了计算、施工图设计，在异形柱布置时应注意偏心转角的应用；在 SATWE计算时，要了解异形柱的刚度计算、刚域计算、整体内力到柱肢内力的分配计算、尤其是轴力的分配计算问题、以及异形柱配筋计算；在施工图绘制时，要了解异形柱的构造要求，角点钢筋的配置，架立分布筋的设置等。 以上所述内容是我在工作中总结出来，非常值得注意的几点。计算机辅助程序数值的正确与否从另一个侧面反映出结构体系的选择是否合适，结构布置（包括构件截面确定）是否合理，电算数据输入是否正确，以及最后决定电算结果是否可信可用等，因此结构设计者应时刻保持清醒的头脑。结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。千里之行，始于足下，设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计，在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。 参考文献： JGJ149-2006，混凝土异形柱结构技术规程 GB50010-2010 混凝土异形结构设计规范 冯耀宁 异形柱框架结构设计 【建筑技术】 徐建【建筑结构设计常见及疑难问题简析】 李国胜 【混凝土结构设计禁忌及实例】
