1、关于异形柱结构设计的分析摘要：本文从异型柱框架结构的自身受力特点出发，结合工程实践经验提出了异型柱在建筑结构设计中应注意的相关问题。 关键词：异形柱；结构设计；分析 中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号： 异型柱框架结构布置灵活，可以较好满足建筑功能的要求，具有良好的发展前景，结构设计人员应充分了解异型柱的受力特点，正确把握设计要点，确保工程结构安全可靠，经济合理。 1 异形在结构设计的一般规定 实施的新规范中，并没有把异形柱列入其内，说明国家对异形柱设计是非常慎重的，能够借鉴的也只有上面提到的两地方规程，同时仍应依据我国现行标准中的规定，进行截面、构造、抗震等设计。 1.1 结构
2、布置 异形柱框架结构平面布置的一般原则：在异形柱结构的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状和刚度均匀对称，明显不对称的结构应考虑扭转对结构受力的不利影响，异形柱框架应双向设置，并宜纵向交联。竖向布置的一般原则：异形柱结构的竖向体型受力要求规则、均匀，避免有过大的外挑、内收以及楼层刚度沿竖向的突变。 图 1 结构标准层平面图 1.2 适用高度及高宽比、长细比、肢长等限制 异形柱框架结构在 7 度抗震设防烈度区，要求房屋高度不大于21m，高宽比不宜超过 3.5：8 度区房屋高度不大于 12m，高宽比不宜超过2.5；异形柱框架-剪力墙结构在 7 度抗震设防烈度区，要求房屋高度不大于 40m，高宽比不
3、宜超过 4.5：8 度区房屋高度不大于 28m，高宽比不宜超过 3.5。 柱净高与截面长边之比即长细比不宜小于 4（不应小于 3）且不大于 8。根据砼结构规范，长细比小于 4 即短柱，短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏，设计中应尽量避免出现短柱。长细比大于 8，易引起附加偏心矩，对轴压构件及小偏心受压构件承载力影响较大。 根据长细比不宜小于 4，在梁高为 600mm 的前提下，当标准层层高为 3.0m 时，异形柱的最大肢长可为 600mm；底层层高为 4.2m 时，肢长可为 900mm。因此，异形柱的柱肢不应过长，各肢肢高与肢厚比不应大于 4，肢厚不应小于 200mm，肢高不应小于 500
4、mm。 1.3 抗震等级 异形柱框架结构应根据结构类型、房屋高度及抗震设防烈度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。根据规定：抗震设防烈度为 7 度，房屋高度21m 时，为三级抗震；抗震设防烈度为 8 度，房屋高度12m 时，为二级抗震浙江规程规定异形柱框架结构只适用于抗震设防烈度为 7 度及 7 度以下的地区且房屋高度不超过35m。 异形柱框架结构对房屋高度控制是比较严格的，一般仅适用于多层住宅。但由于它在结构布置上灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等优点，使之成为近几年住宅设计的一种潮流，不论别墅、多层甚至小高层，作为房产开发商几乎都要求设计院设计成钢筋砼异形柱结构体系。因
5、此设计人员必须慎重对待，不可盲目跟风，应严格控制各项设计参数。2 异形桩受力性能特点及轴压比控制 异形柱设计要比常规矩形截面柱设计复杂得多，对于偏压构件，矩形截面的受压区总是矩形，内力臂较大；而对异形柱，受压区图形通常比较复杂，可能为二边形，也可能为多边形对于受压区呈多边形分布的截面，压区边缘砼应力过于集中，一旦达到受压强度极限，破坏区域往里渗透得过快，不利于外边缘的砼纤维经历下降段，从而影响整个截面和构件的延性。 异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，在受力状态下各肢将产生翘曲正应力和剪应力，剪应力使柱肢砼先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的
6、变形能力比普通矩形柱降低。 异形柱在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带未的影响不容忽视，因此，对异形柱结构应按空间体系考虑，宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析，PKPM、GSCAD、TBSA 等国产结构软件均可做异形柱框架结构计算。但以上计算理论均基于平截面假定，未曾考虑截面翘曲自由度，对于异形柱来说，很可能出现各柱肢单独作用的情况，因此常见的基于平截面假定的公式受到挑战。而对异形柱的分析、试验以及设计方法等一套体系还没有完全建立起来，这就给异形柱设计带来一定的难度，必须在概念设计上予以加强。作为异形柱延性的保证措施，必须严格控制轴压比，柱应具有足够大的截面尺寸，以防止
7、出现小偏压破坏，满足抗震要求，同时避免长细比小于 4 的短柱抗震设计中规范对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱天津大学的试验研究结果表明：轴压比对异形柱的影响远远超过对普通矩形柱的影响，因此异形柱的参数控制应比框支柱更为严格。 3 异形柱框架结构设计构造 3.1 框架柱 柱纵筋与箍筋设置形式有“L” 、 “T”、 “十”及双排布置等形式在同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，其直径不应大于25mm，且不应小于 14mm：纵筋间距大于 250mm 时, 应设置纵向构造筋，其直径可采用 12mm，并设拉筋，拉筋间距为箍筋间距的两倍。 柱截面厚度小于 200mm 时，纵向受力钢筋每排不
8、应多于 2 根；肢厚在 200250mm 时，每排钢筋不应多于 3 根，必要时可分二排设置，二排钢筋之间的净距不应小于 50mm。 框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率：抗震等级为 2 级时，中柱、边柱不应小于 0.8 ，角柱不应小于 1.0；抗震等级为 3 级时，中柱、边柱不应小于 0.8 ，角柱不应小于 0.9框架柱中全部纵向钢筋的配筋率，抗震设计时,对、级钢筋不应大于 3 。 框架柱应采用复合箍，严禁采用具有内折角的箍筋，箍筋必须做成封闭式箍筋未端做成不小于 135。的弯钩，弯钩端头直段长度不应小于 10d(d 为箍筋直径)，且不应小于 75mm。 箍筋加密区长度取柱截面的长边尺寸、层间柱净
9、高的 16 和500mm 者中的最大值，抗震等级为二级时，箍筋最大间距为 6d 和 100mm的较小值，抗震等级为三级时，箍筋最大间距为 7d 和 120mm（柱根100mm）的较小值，抗震等级为四级时，箍筋最大间距为 7d 和 150mm（柱根 100mm）的较小值。 3.2 框架节点 框架梁的截面宽度与异形柱的肢宽相等或梁截面宽度每侧凸出柱边小于 50mm 时，在梁四角上的纵向受力钢筋应在离柱边800mm 处，且满足小于 1/25 坡度的条件下向柱筋内侧弯折伸入框架节点内，在梁筋弯折处应设置不少于 2 根直径 8mm 的附加封闭箍筋。 当框架梁的截面宽度的任一侧凸出柱边大于等于 50mm
10、时，该侧梁角部的纵向受力钢筋可在本柱肢纵向受力钢筋的外侧锚入节点核心区，但凸出柱边尺寸不应大于 75mm。且从柱肢纵向受力钢筋内侧锚入的梁上部、下部纵向受力钢筋，分别不宜小于梁上部、下部纵向受力钢筋截面面积的 70。 3.3 柱与填充墙的连接 异形柱框架结构的填充墙应采用轻质墙体材料，并必须与框架可靠地连接。当采用砌体填充墙时，在框架与填充墙的交接处，沿高度每隔 500mm 或砌体皮数的适当倍数，用钢筋与柱拉接，钢筋由柱的每边伸出，进入墙内的长度：2 级抗震时沿填充墙全长设置；3 级时不小于填充墙长的 1/5 及 700mm填充墙的砌筑砂浆强度等级不应低于 M 2.5。 填充墙长度大于 5m
11、时，墙顶部与梁宜有拉结措施；填充墙高度超过 4m 时，宜在墙高中部设置与柱连接的通长钢筋砼水平墙梁。 4 结束语 近年来我国住宅产业的迅速发展以及人们对住宅建筑使用要求的不断提高，使得普通的矩形框架柱给室内装饰和家具布置带来极大的不便，异型柱框架结构体系在一定程度上满足了上述要求。从结构受力角度来说，它博采框架加剪力墙体系之长，平立面布置近于框架结构，柱的截面形式又不拘泥于矩形，将截面积向工程轴外铺开成 T 形、十字形、L 型等，用较少的混凝土材料，获得了较大的刚度；同时配合轻质填充墙的使用，结构重量比一般框架更轻。适中的刚度和较轻的自重，对减小地震作用很有利，是一种经济合理的抗震住宅结构体系。 参考文献： 1 徐斌，异形柱框架结构设计浅析J.广东水利电力职业技术学院学报,2010， （12）. 2 孙俊, 异形柱结构的设计要点J.江苏建筑,2011， （8）.
