1、浅议异形柱结构设计摘要：随着社会的进步和经济的发展，人们对住宅的要求也有了很大的提高，越来越注重其设计和布局。异形柱结构凭借其独特的优势在住宅设计中得到了广泛的应用，本文根据相关国家标准和建筑资料，结合本人设计实践经验，谈谈自己的看法，供各位同行参考讨论。 关键词：异形柱结构设计特点 中图分类号： TU8 文献标识码： A 异形柱结构体系跟普通的矩形柱结构体系既有相同点，也有不同点，因为异形柱跟矩形柱两者之间在受力、截面、抗震等性能方面存在一定的差异，故其计算模型分析、内力、位移计算方法及结构构造均有严格限制。因此，异性柱结构在具体的设计过程中一定要更加注意慎重，设计单位一定要根据现行国家相关
2、行业技术规程、规范进行异形柱结构的设计，并加强施工过程中的监管工作。 一、异形柱结构特点 钢筋混凝土异形柱是指截面形式除矩形、圆形以外的柱，如 T 形边柱，十字形中柱，L 形角柱。异形柱结构就是采用异形柱的框架结构和框架剪力墙结构，本文重点论述异形柱框架结构。钢筋混凝土异形柱框架结构是指仅由异形柱作为竖向构件组成的结构体系，它有如下几个特点： 1、具有一般矩形、圆形柱框架结构整体性较强，抗震延性好的优点。2、兼有砖混结构的优点，且又有效解决了砖混结构房屋超高的技术问题。因此特别适用于联排别墅、高档多层住宅等。 3、因墙体厚度一般与异形柱肢厚相同，故室内不会出现柱楞不露梁，使用面积可增加约 9%
3、。既改善了建筑功能，也提供了大空间及住户拆改装修的便利条件。 4、同时结合墙体改革，运用较轻的既保温又隔热的高效墙体材料作为框架填充墙及内隔墙，代替传统的烧结粘土砖墙，进一步贯彻我国相关的资源节约政策和环境保护政策。 二、异形柱结构设计 （一）结构布置 1、在考虑满足建筑功能要求的前提下，结构体系以平面布局合理，规则、对称，刚度均匀，力求均衡，减少偏心扭转为布置原则。因此，异形柱的合理布置是整个结构布置的关键。柱布置时，宜规整对齐，并按“密柱小梁”的思路布置，平面节点（轴线交叉点）应尽量设柱，尽量避免主次梁搭接。异形柱截面肢厚中心线宜与框架梁及剪力墙中心线对齐。柱应双向拉结，以形成双向刚接框架
4、。 2、对底层大空间的异形柱框架体系，转换层下的支承柱不允许采用异形柱，应全部采用矩形柱。对底层架空层抽柱形成转换层的情况，要求设置转换梁，其结构设计应符合混凝土异形柱结构技术规程JGJ1492006 附录 A 的规定。上层异形柱与下层矩形柱面积比宜接近1，上层异形柱与下层矩形柱的重叠面积不应小于 2/3。 3、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。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突变。竖向结构构件的截面尺寸和材料强度等级不宜在同一楼层变化。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。 （二）异形柱结构的结构体系及适用范围
5、 1、异形柱结构分为框架结构和框架剪力墙结构体系。根据房屋建筑布置和结构受力需要，异形柱结构中的框架柱，可全部采用异形柱，也可部分采用一般矩形或圆形框架柱。在异形柱结构体系中除应符合现行国家标准有关规定外，尚应符合下列规定：异形柱结构中不应采用由部分砌体承重的混合结构形式，否则会对结构的抗震性能产生不利的影响；根据震害资料显示，多层及高层单跨框架结构震害严重，故抗震设计的异形柱结构不应采用单跨框架结构。又基于对异形柱抗震性能特点的考虑，以及目前缺乏专门研究，规定异形柱结构不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式。在异形柱结构设计中利用楼梯间、电梯井位置合理布置剪力墙对电梯设备运行、结构抗震、抗风
6、均有好处。高度不大的异形柱结构的楼梯间、电梯井，可采用一般框架柱。异形柱结构的柱、梁、剪力墙均应采用现浇的施工方式。 2、抗震设防烈度的适用范围：非抗震设计和抗震设防烈度为 6 度、7 度(0.10g，0.15g)及 8 度(0.20g)的抗震设计。 3、适用高度范围：如表 1 所示： 表 1 异形柱结构使用高度范围 4、适用高宽比范围：如表 2 所示 表 2 异形柱结构适用宽高比范围 5、结构形式适用范围：框架结构、框架-剪力墙结构、底部抽柱带转换层的异形柱框架结构和框架-剪力墙结构。 （三）异形柱结构的设计内容和流程 异形柱结构设计内容和流程与一般结构相似，主要包括概念设计和计算设计，具体
7、的内容和流程参照图 3。 图 3 异形柱结构设计内容、流程 三、异形柱结构设计与应用的注意事项 1、结构计算：因为异形柱结构截面比较小，在对内力和配筋计算时，最好用配有异形柱计算功能的应用软件，通常采用 PKPM 系列之多高层空间有限元分析软件 SATWE进行结构计算，计算精度较高。异形柱截面可采用 T、L、十字形三种形式，两柱肢中线的交点即为剪力中心。在截面计算的时候，要分析它的受力，尽量保持合理化，减少对柱的扭转和翘曲应力，同时截面形状要选择简单些的，节省材料，便于施工。根据国家相关的技术规程规定，整体分析计算时，须按空间体系模型分析和采用弹性方法计算。在对结构内力和位移进行计算的时候，为
8、减少误差，可以假设楼板在它的平面内的刚度是无限的，梁柱重叠部分可作为刚域，异形柱须按双偏压计算。 2、异形柱结构构造的问题：在结构计算之后，柱截面配筋的构造也很重要，它可以调节异形柱受力的问题，应符合下列规定：柱筋不应在各层节点处切断；中间节点处，梁筋应尽量贯穿。异形柱纵向受力钢筋的布置以柱肢截面的外、内折角处均应设置为原则，间距：二、三级抗震等级200mm；四级250mm；非抗震设计300mm，其直径要求为14mmd25mm，常用 16、18、20、22mm 规格，同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，且纵向受力钢筋之间的净距不应小于 50mm。柱肢厚度为 200250mm 时，纵向受力钢
9、筋每排不应多于 3 根，根数较多时，可设置成二排；全部纵向受力钢筋最小配筋率应满足混凝土异形柱结构技术规程JGJ1492006 第 6.2.5 条的规定。当纵向受力钢筋间距不能满足上述要求时，应设置柱的纵向构造钢筋，其钢筋型号一般比受力主筋低二级且不小于 12，构造筋采用拉筋拉结，拉筋间距同箍筋间距。各层楼盖竖向荷载都通过梁作用于柱肢端部，致使该部位压力较大，建议设置暗柱。异形柱箍筋采用复合封闭式箍筋，严禁采用有内折角的箍筋，直径8mm，间距150mm，常用 10100/150。短柱和抗震时角柱，其箍筋应全长加密。 3、异形柱、梁、剪力墙和节点的材料应符合下列要求： （1） 混凝土的强度等级不
10、应低于 C25，且不应高于 C50，常用C30；（2） 纵向受力钢筋宜采用 HRB400、HRB335 级钢筋；箍筋宜采用HRB335、HRB400、HPB235 级钢筋。 4、框架梁截面高度可按(1/101/15)lb 确定(lb 为计算跨度)，且非抗震设计时不宜小于 350mm；抗震设计时不宜小于 400mm。梁的净跨与截面高度的比值不宜小于 4。梁的截面宽度不宜小于截面高度的 1/4 和200mm。 5、异形柱截面的肢厚不应小于 200mm，肢高不应小于 500mm。若肢厚偏低会造成施工困难，偏高则导致柱体笨拙不经济，甚至可能造成短柱或剪跨比超限。 6、异形柱其截面的肢高与肢厚比限制在4
11、 的范围内，肢高不应小于 500mm,也不宜大于 600mm（考虑角柱扭转明显，其肢高应取高值） 。控制肢高与肢厚比的目的在于：柱刚度越大，受震害越大，因而对结构受力不利。且肢高过大，异形柱还可能形成短柱，使得柱肢端部受力过于集中而发生失稳破坏。故此，当肢高与肢厚比大于 4 时，建议改按剪力墙考虑。 7、异形柱、梁的纵向受力钢筋的连接接头可采用焊接、机械连接或绑扎搭接。接头位置宜设在构件受力较小处。在层高范围内柱的每根纵向受力钢筋接头数不应超过一个。 8、轴压比：轴压比应满足混凝土异形柱结构技术规程JGJ1492006 第 6.2.2 条的规定。它能反映柱构件的变形能力，是抗震性的一个重要因素
12、。在框架结构中，延性可以减少地震带来的破坏，避免框架柱出现失稳和脆性破坏，有着举足轻重的地位。轴压比如果太大的话，柱的延性就会相应地减少，因此要把它严格限制在现行国家相关技术规程允许范围内。 四、异形柱结构的推广应用 随着我国城镇化建设的不断发展，人民物质文化生活水平的日益提高，人们对改善提高工作和居住环境的要求也越来越高。目前我国民用建筑市场需求正朝着大开间、大空间的方向发展，给异形柱结构体系带来了广泛应用的前景，尤其在地震烈度为 7 度及以下地区，它不失为一种安全、适用、经济的结构方案选择，可在适宜的地区广泛推广和应用。结束语 异形柱结构在我国逐渐流行起来，它的优点虽然很多，但在实际应用中还是会遇到一些问题，只要我们勤于总结，积累经验，认真学习它的设计原理，合理选择结构形式，合理进行结构布置，充分掌握计算方法和构造要求，我们就能熟练掌握和应用它，不断提高它的安全性、适用性、经济性，并在此基础上广泛应用推广。 参考文献： 1田剑峰.对异形柱结构设计的几个问题的分析J.四川建材,2010,02:27-29. 2唐志强.浅谈异形柱结构设计J.重庆建筑,2010,08:34-36. 3混凝土异形柱结构技术规程JGJ 1492006
