异形柱设计小结

异形柱设计小结（精选6篇）

1.异形柱设计小结 篇一

摘要：本文详细阐述了异形柱框架的受力特点，对设计实际工程中异形柱结构的分析计算、构造措施等方面进行了探讨，并给出成功的工程设计实例。

关键词：异形柱；框架

1前言

近年来，异形柱框架或异形柱框架一剪力墙结构作为一种全新的结构形式广泛用于小高层住宅建筑中，相对于传统的短肢剪力墙或框架结构，能更好的满足建筑需求且造价略有降低，因此具有更好的经济效益和社会效益。该结构形式一般指同层内异形柱数量超过柱总数量10％的框架或框架剪力墙结构，适用抗震设防烈度为6度或7度的地区。

2受力特点

异形柱是指柱截面摈弃了惯用的矩形柱，而采用多个小墙肢的组合截面柱子，由剪力墙演变而来。柱肢截面中各肢高厚比不大于4，常用的有L形、T形和十形，亦有采用Z形。柱肢宽度一般使用与墙体相同的厚度，一般为200～250mm，不大于300mm。肢长较大，《规程》规定不小于500mm，一般为600～800。除此之外，不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6，各肢截面厚度不能相差过大。

虽然异形柱由剪力墙演变而来，但由于柱截面本身的特殊性，异形柱结构的受力特点既不同于剪力墙结构，也与普通框架相差很大，具有自己的独特性，在荷载作用的结构反应更加复杂。国内外大量的试验资料和理论分析证明，异形柱的破坏形态有：弯曲破坏、小偏压破坏、剪压破坏等，影响破坏形态的因素主要有：荷载角、轴压比、剪跨比、配箍率等。

2．1整体计算分析

异形柱的存在和不同的布置对结构整个抗侧力刚度影响很大，总体来讲相对于同样布置的同截面矩形柱结构，异形柱结构的整体性要好，刚度略由增强；而单结构形式来讲，异形柱结构的刚度介于普通框架和框架剪力墙之间。文献[2]对8度区－6层住宅分别采用矩形柱和异形柱框架进行设计，然后分别采用SATWE和CRSC程序对比分析，结果表明在地震作用下异形柱结构的底部剪力要比矩形柱框架结构大16％～26％左右，各层柱的平均剪力和节点剪力也比矩形柱框架大很多。异形柱结构的受力特点介于普通框架柱和剪力墙之间，结构的抗震性能比较差，在内力分析计算时，既不能完全按普通框架柱，也不能完全照搬短肢剪力墙。

根据规范要求，对于矩形柱结构，当无斜向抗侧力构件时，结构设计的地震作用方向一般取工程纵横轴方向，即0°和90°以此来求得地震作用下的结构内力，正截面承载力两个方向分别按单偏压计算配筋，其承载力基本上可以包络地震作用沿其他方向的情况。但对于异形柱，由于截面惯性矩沿不同方向差别很大，地震作用下柱受力的最不利方向不一定0°或90°，也就是说仅沿该两个方向计算的正截面配筋并不能完全包络地震作用沿其他方向时的情况，尤其在高烈度地区体现得更显著。对此，《规程》强制规定，7度及以上时地震作用尚应对与主轴成45°方向进行补充验算。

考虑到受力后异形柱结构反应复杂，抗震性能不好，为符合“三水准两阶段”的抗震设计思路，地震作用计算后梁柱的内力调整都相对要求更严格些。对此，目前国内通用的结构设计软件PKPM并没有体现出来，虽然可以建立异形柱的模型，但尚未增加异形柱这种结构形式。其内部的内力调整和截面配筋计算仍然按照矩形柱或者短肢剪力墙的模式进行的，这难免会带来误差，有时可能相差甚远。天津大学开发的异形柱设计软件CRSC尚未普及。

目前很多设计都是把异形柱作为短肢剪力墙，按短肢剪力墙结构利用PKPM等空间软件进行分析设计，误差大在所难免。相对精确的设计方法是：假设梁柱节点与普通框架梁柱节点相同，按等主轴刚度及等截面面积两个条件把异形柱截面转化成等效矩形柱截面，利用空间有限元分析程序进行内力分析，求出柱的内力重新按照有关异形柱截面的配筋计算公式进行截面配筋验算。但这种等效转化后的计算模型仍与实际结构有较大出入，由于异形柱肢长比较大，与梁相交时梁柱重叠部分较大，形成类似与壁式框架的梁柱刚域，梁的计算长度大大减小，实际结构的侧向刚度比计算模型大，导致地震力计算偏于不安全，文献[3]对柱内力在程序计算结果的基础上乘以约1.1的放大系数或者加大周期折减度以适当考虑其影响。但这也是权宜之计，且对于普通设计人员来讲过于费时费力，不利于提高效率。

2．2正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力

柱肢截面的差异，导致柱肢平面内外两个方向的截面特性相差较大，异形柱截面在轴压力及弯矩剪力共同作用下，正截面承载力的计算是一个十分复杂的问题，因为柱截面中和轴一般不与弯矩作用平面相垂直，也不与截面边缘平行，其位置随截面尺寸、混凝土强度、配筋率及荷载角等诸多因素的变化而变化。进而导致柱肢平面内外两个方向的惯性矩差异明显，进而侧向刚度相差较大，对不等肢的截面表现尤甚。因此普通柱正截面抗弯验算的计算公式并不适用于异形柱，《规程》将异形柱截面划分为有限个混凝土单元和钢筋单元，仍然采用平截面假定给出了双向偏压的正截面承载力验算公式。

由于多肢的存在，其截面的剪力中心往往在截面外，受力后主要依靠柱肢交点处的核心混凝土协调变形和传递内力，导致各柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力，柱肢易首先出现裂缝，核心混凝土处于三向受剪状态，变形能力降低，脆性破坏特征明显。

异形柱的斜截面受剪承载力也随荷载作用方向而变化，但对同一方向的地震作用由于翼缘的有利作用，通常比等面积矩形柱高，文献[4]表明，T形截面柱的受剪承载力至少为同截面面积矩形柱的1.15倍，L形柱则基本相同。

2．3节点强度

普通框架只要梁柱截面满足规范构造要求，节点核心区面积大，除二级或更高抗震等级的节点外，一般不需要特别进行节点抗剪验算。但异形柱框架的肢厚不大，节点核心区有效水平截面积小。另外，异形柱由于轴压比的要求，通常肢长较大，相对同截面面积的矩形柱来讲，刚度大，地震作用大，相应的节点剪力比相同布置下(柱面积相等)的矩形柱结构大很多。因此异形柱框架节点一般都需要验算节点抗剪强度。同时，异形柱肢厚度偏薄，节点斜压机制引起的核心区斜压力相对较大，钢筋握裹性能差，施工质量的可靠性也难以满足。

异形柱截面形式的不同，其节点受剪承载力也差别较大。十形截面柱的翼缘布置在节点截面中间受力最大的部位，翼缘的作用得以充分发挥，节点受剪承载力与同截面面积的矩形柱相差不大，T形截面次之，L形相差最大，受剪承载力下降最大。文献[5]研究表明：L形、T形、十形柱节点的受剪承载力比具有相同有效截面的矩形柱节点分别低33％、17.5％、8％左右，且用于矩形柱框架节点抗剪验算的公式已不适用于异形柱节点。在高烈度地区控制异形柱结构适用高度的参数已不单单是柱轴压比，而是节点区的强度。

3构造措施

异形柱的受力情况复杂，结构延性相对较差，单纯依靠目前的程序计算配筋尚难满足结构抗震的延性要求，因此必须加强构造措施，从概念出发，保证结构具有足够的安全度。

3．1结构平面布置

异形柱框架应设计成双向刚接梁柱抗侧力体系，根据结构平面布置和受力特点，可设计成部分异形柱部分矩形柱的形式，特别注意在受力复杂部分采用矩形柱。平面布置宜使结构平面刚度均匀对称，尽量控制或减小扭转效应：竖向布置注意体型力求简单规则，避免过大的外挑内收，避免楼层刚度沿竖向突变；柱网尺寸不易过大，一般不超过6m，柱矩大梁高也大，一方面建筑净空难以满足要求，另一方面柱承受的轴力也大，轴压比高，于抗震不利。为保证梁板对异形柱节点的约束，宜采用现浇楼盖。

3．2轴压比及柱配筋

对于柱而言，控制其延性的因素很多，不管对矩形柱还是异形柱，轴压比无疑是最重要的控制条件之一，其侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降，对异形柱更应从严控制。这可以通过控制柱距、采用轻质墙体、优化结构平面布置改善。柱肢端承受梁传来的集中荷载，局部压应力大，可设置暗柱。曹万林等《钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析》表明：带暗柱异形柱与普通异形柱相比，承载力及延性和耗能能力有显著提高。

异形柱截面的剪力中心与截面形心不重合，剪应力的存在使柱肢先于普通矩形柱的剪压构件出现裂缝，产生腹剪破坏，导致柱脆性显著，延性普遍低于矩形柱。而且柱截面可能出现单纯翼缘受压，此时柱的延性最差，因此需要进一步提高异形柱的抗剪能力。除此之外，尽量避免短柱的出现，对剪跨比小的短柱要采取相应的加强措施，以免形成薄弱环节。

3．3节点构造

节点已经成为异形柱结构的薄弱环节，考虑到节点处钢筋的锚固以及保证节点区混凝土浇筑的质量，柱钢筋数量不宜过多且直径不宜过大。

4工程实例

长沙市某住宅楼长24.7m，宽14.5m,建筑面积3575m2左右，地上架空层一层，层高4.5m，住宅十一层，层高3.0m，最大建筑高度为39.0m，平面图见图1。该工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别Ⅱ类。采用异形柱框架——剪力墙结构，剪力墙抗震等级为三级，异形柱框架抗震等级为三级。采用SAIWE程序分析，各层间位移角见图2，满足规范对层间位移的规定；同时重视抗震概念设计，加强构造措施。目前已竣工验收交付使用，经观察结构整体状况良好。

5结语

异形柱结构具有广阔的应用前景，但其受力性能具有自己的独特性，目前仍需要进一步研究以完善设计理论，开发更适用的设计软件，提高工程设计效率，便于推广运用。

参考文献：

[1]JGJ149-200，混凝土异形柱结构技术规程。

[2]黄锐，抗震设防高烈度区异形柱结构设计应注意的两个问题，建筑结构，2005(5)。

[3]沈伟，汪杰南京虎啸小区09栋住宅异形框架设计，建筑结构，2001(11)

[4]李建辉，论述异形柱轻型框架的设计，福建建筑高等专科学校学报，2000(2)。

[5]曹祖同，霞等，钢筋混凝土异形柱框架节点强度的研究建筑结构，1999(1)

2.异形柱设计小结 篇二

1 异形柱框架结构基本特点

钢筋混凝土异形柱框架结构作为由于具有能够改善建筑使用功能、使建筑平面布置灵活、增加使用面积、节约能源、抗震性能较好等特点而得到广泛地应用。

异形柱框架结构从其受力状态来说与普通框架或框架-剪力墙结构之间没有本质区别，所不同的是：

(1)异形柱框架结构的框架柱除了可做成矩形外，通常还可做成“T”型、“L”型、“Z”型或“十”字型等异形截面，其宽度与框架梁宽也同围护墙同厚，故在建筑室内通常看不见梁和柱，使得居室内部显得简洁，美观，便于家俱的布置。而异形柱框架结构的围护墙都是非承重的轻质隔墙，原则上允许任意穿墙打洞，甚至拆除重砌，这对住户装修、改造提供了极大的灵活性。

(2)异形柱框架结构的柱网尺寸通常要由住宅平面布置来确定，所以要比普通框架结构柱网小，通常不大于6m。故对于底层做商店的异形柱框架结构与传统的底层框架砖混结建筑相比，其功能是一致的，其建筑外观也无多大区别，但从结构上来看，它们确属于两种截然不同的结构体系。

由于底层框架砖混结构的房屋是由两种不同的结构形式结合在一起所组成的混合体系，其底层的框架或框架剪力墙结构与其上的多层砖混结构各自的动力特性不同，在水平地震作用下，地震反应存在着很大差异，是一种典型的下柔上刚，头重脚轻的结构体系，当设计处理不当时极易在底层或2层形成变形及应力相对集中的薄弱层会在地震时产生严重的震害。而对于底层为商场的异形柱框架结构来说，虽然其底层与2层以上各层在使用功能上有所不同，但就其整个结构体系来讲，仍然是单一的框架或框架-抗震墙结构体系，所不同的仅仅是框架柱在底层为矩形而在2层以上做成了异型柱而已。就其受力特性而言仍然与普通架或框架-抗震墙结构一样，因框架围护墙包括其内部房间的分隔墙均采用轻质墙，故整个建筑的重量要比通常的底框架砖混结构建筑要轻得多。

2 异形柱框架结构设计

2.1 轴压比控制

框架结构柱的延性对于耗散地震能量、防止框架的倒塌起着十分重要的作用，且轴压比又是影响混凝土柱延性的一个关键，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，必须对异形柱的轴压比进行严格控制。

2.2“Z”形柱的设计计算

工程中经常遇到“Z”形柱的情况。《钢筋混凝土异形柱结构技术规程》未将“Z”形柱列入，在设计计算时可以在PMCAD输入时将其按2个“L”形柱来输入，并进行内力及配筋计算。因为“Z”形柱受力较大时易在中间肢劈开。劈开后 (极限状态) 其受力接近于2个“L”形柱，按2个“L”形柱处理较为合适。

2.3 异形柱框架的计算

由于异形柱截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平面假定分析，按混凝土设计规范计算。框架柱水平力较小，如按一般偏压柱计算，误差较小，此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大，且水平力作用在非主轴主向，则翘曲应力不容忽视。按平截面假定误差较大，则应对异形柱框架结构进行有限元分析，以决定内力和配筋的位置和大小。在进行内力计算和配筋计算时，宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。

目前，国内可直接进行异形柱截面内力计算和截面设计的软件有：中国建研院的TAT、SATWE程序、广东省建院的SS、SSW程序以及钢筋混凝土异形柱结构配筋计算CRSC等，这些程序均用数值积分法进行正截面配筋设计，准确性较高，能有效满足结构安全性要求。

2.4 配筋构造

在经过正确的结构选型及计算后，截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点，柱肢端部会出现较大应力，加上梁作用于柱肢上应力的不均匀，因而在异形柱配筋时应在肢端设暗柱，暗柱的外排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设构造纵筋，箍筋同柱，这样可限制柱肢混凝土裂缝的展开，提高异形柱局部抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪，也可约束混凝土变形，增大其延性。异形柱由于不易形成多肢复合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下，箍筋直径大，其延性指标好，其间距可比普通箍筋间距小。

3 异型柱框架结构设计中应注意的问题

(1)暗埋管线穿梁柱，使梁柱截面削弱。此类问题比较广泛，而且容易被设计忽视，往往造成较严重的结构缺陷问题。对此，除了对电气布线设计不能过于集中以外，应设管线井加以解决。管线井可设在楼梯平台的角部，其断面可设计为三角形，不会对交通产生影响。

(2)梁柱核心区配筋如过于密集，各向钢筋相互碰撞严重，会造成钢筋偏位和施工困难。这种情况一般发生在内梁，特别是横向框架梁中，对此可以采用“宽梁窄柱”的办法加以解决。

3.浅谈建筑异形柱结构设计 篇三

关键词：异形柱；框架结构；设计；构造

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。

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 结构布置

异形柱框轻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应力求规则、均匀，避免有过大的外挑、内收以及楼层刚度沿竖向的突变。

1.2 适用高度及高宽比、长细比、肢长等限制

① 异形柱根架在7度抗震设防烈度区，要求房屋高度不大于35m，高宽比不宜超过5：8度区房屋高度不大于25m，高宽比不宜超过4。

② 柱净高与截面长边之比即长细比不宜小于4 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。

③ 根据长细比不直小于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，且异形柱截面肢厚对多层建筑不应小于150mm；对高层建筑不应小于200mm

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<22m 时，为三级抗震，高度≥22m 时，为二级抗震；抗震设防烈度为8 度，房屋高度≤25m 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。因此设计人员必须慎重对待，不可麻木跟风，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肢柱更为严格。

3 异形柱框架结构设计构造

3.1 框架柱

①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。

②柱截面厚度小于200mm 时，纵向受力钢筋每排不应多于2 根；肢厚在200～250mm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。

③ 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0.7％ ，角柱不应小于0.9％；抗震等级为3 级时，中柱、边柱不应小于0.6％ ，角柱不应小于0.8％．框架柱中全部纵向钢筋的配筋率，抗震设计时,对Ⅱ、Ⅲ级钢筋不宜大于3％ 。

④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)。

⑤ 箍筋加密区长度取柱截面的长边尺寸、层间柱净高的1／6 和500mm 者中的最大值，在加密区内，箍筋的直径不变，间距100mm。

3.2 框架节点

① 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大于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。

②当框架梁的截面宽度的任一侧凸出柱边大于等于50mm 时，则该侧梁角上的纵向受力钢筋可在本肢柱筋外侧伸入梁柱节点内。

3.3 柱与填充墙的连接

① 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。

② 填充墙长度大于5m 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

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。

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

4.异形柱设计小结 篇四

随着人们对建筑住房居住的平面及空间布置要求越来越高，传统的框架结构房间内的阳角往往会直接影响家具的布置，进而影响房屋的使用空间。而混凝土异形柱不同于一般的框架柱，它主要采用异形截面柱来作为结构的竖向支撑，有效的提高了建筑使用的灵活性和方便性，同时还避免了框架柱在室内的凸出，从而减少了所占建筑的空间，深受人们的青睐。目前，在大多数高层建筑的设计中，都采用了异形柱作为竖直承重构件，并在实践中取得了良好的效果，但在实践中还需要注意一些细节问题，以保证整个建筑的质量。

1 异形柱施工功法的特点及其使用的范围分析

异形柱是指在满足建筑设计的承载力和结构刚度的要求下，根据建筑使用功能和设计布置的不同要求，而采取的不同几何形状的截面柱，从而达到竖向支撑的目的。异形柱截面的形状有多种，常见的几何形状为T 形、十字形以及L 形，在设计应用中，通常还要求界面的肢高肢厚比应当小于或等于4。此外，异形柱的各肢肢长需要根据实际情况，可以相等也可以不等，但是，一般提倡采用肢长相等的异形柱，以提高整个建筑的抗震性能。若必须采用肢长不相等的异形柱时，则要求柱的肢高比小于或等于1. 6，且肢后要求相差小于50mm。通常，异形柱在高层建筑上的应用由于其具有截面肢薄的特点，使得构件的性能与矩形柱之间会出现诸如受力特征、构造方式以及变形机理等的差异。从异形柱出现到广泛的应用以来，人们对异形柱的关注主要集中在异形柱的设计以及布置，这是因为，传统的框架结构柱子一般采用巨型截面，墙体不能完全将其包围，使得柱角有一部分裸露在房间中，从而限制了加剧的摆设，限制了建筑的空间。因此，异形柱在高层建筑中的广泛应用，对空间的布置比较关注。此外，由于异形柱建筑结构美观，并且将建筑的使用功能灵活的与建筑结构的受力有机结合起来，为用户提供舒适的居住环境，还保证了建筑结构的稳定性，并且异形柱结构符合室内的布置要求，能够很好的连接填充墙，在房屋防震上也得到了一定程度的应用。鉴于异形柱的众多优点，使得其广泛的在高层建筑上应用，但是，其应用范围具有一定的局限性，一般来讲，异形柱施工工法的适用于非抗震设计和地震设防烈度为6 ～ 8 度的普通高层居住建筑。

5.大开间异形柱框架结构设计 篇五

1 大开间异形柱结构的主要受力缺陷分析

普通的异形柱框架结构在受力上存有一些缺陷,当开间增大后形成大开间异形柱框架结构使得这些受力缺陷显得更加明显且不可忽视。这些受力缺陷主要有以下几点:

1)由梁中心与柱截面形心不重合导致附加偏心,进而引起柱附加内力增大。

2)柱截面刚度中心与重心不重合引起各肢竖向变形和受力的不协调。

3)柱各方向抗弯截面抵抗矩差别较大,存在明显的受力薄弱方向。

4)柱肢一般较薄,抗扭转性能较差。

2 大开间异形柱结构设计中常见的问题

2.1 结构布置方面应力求合理

2.1.1 平面布置

结构平面整体布置时,应尽量使整个结构的重心与刚度中心重合,整体上避免结构的扭转效应。平面上避免大的突出和收进,尽量综合利用伸缩缝、沉降缝或抗震缝将结构平面划分成矩形,力求避免L形,U形等平面布置等复杂连体结构平面布置,并应严格按文献[3]中表3.4.2-1规定。

平面整体确定后,结构构件布置时还应考虑如下内容:

1)选用截面时,优先选用工形、十字形等对称截面柱,有单轴对称截面的如Z形、T形截面次之,尽量减少L形截面柱的数量,避免单片矩形薄壁柱。

2)平面中各柱的承荷面积宜接近,柱轴向力应彼此相差不大,避免因单柱受荷过大引起截面过大,吸收水平力较多从而可能先于其他柱破坏;柱轴压比不宜太大。

3)柱顶四周梁的布置应力求对称,减小对柱的偏心。

4)柱肢不宜过长,肢厚不应太薄,以免受扭时柱肢在平面外失稳。

2.1.2 竖向布置

结构竖向整体布置时,应力求对称,不宜大的悬挑和收进,主要受力构件力求连续,整体层间刚度宜接近,避免竖向刚度产生较大突变。应严格按文献[3]中表3.4.2-2规定。竖向布置时还应考虑以下内容:

1)柱上下宜贯通不宜变截面。当底层柱轴压比不满足时,优先采用变换混凝土强度等级。

2)应考虑填充墙对框架抗侧刚度的影响,适当对结构周期进行折减,应避免由填充墙引起的短柱现象。

2.2 结构计算

2.2.1 计算方法及假定

1)楼、屋盖在其自身平面内的刚性假定。

对于大开间异形柱结构,多用于住宅等民用建筑中,楼板的开洞率一般不大,一般可满足刚性楼板假定。相应地,在结构设计中应采取保证楼、屋面整体刚度的构造措施。

2)梁柱节点刚化为刚域。

由于异形柱在梁作用平面内柱肢较长,梁柱节点处重合部分较大,梁端转动时受到较大制约,合理的力学模型应将重叠部分作为刚域,自重计算时亦不应重复计算重叠部分的混凝土重量。刚域长度取值如下:

梁两端刚域长度为:

Dbi扣除刚域后的梁长为:L0=L-(Dbi+Dbj)。

其中,梁两端与柱重叠部分长度分别为Di和Dj;梁长为L(两端节点间距);梁高为H。

简化后梁的力学模型为:a.梁自重按扣除刚域后的梁长计算。b.梁上的外荷载按梁两端节点间的长度计算。c.梁截面设计按扣除刚域后的梁长计算。

柱的计算模型为:柱计算长度按文献[1]中7.3.11条取值,配筋计算时按整体内力进行双偏压计算,并考虑重力二阶效应影响,用剪切刚度法对结构整体进行受力分析。轴压比按全截面计算,为保证柱在压弯条件下具有良好的延性性能,进入屈服时为大偏心受压的弯曲破坏状态,应严格控制轴压比不得超限。

2.2.2 计算前几个计算参数的确定

1)抗震等级。

宜按抗震规范查出,当为四级时宜提高一级进行抗震计算和采取构造措施。

2)扭转耦连。

异形柱结构对扭转作用比较敏感,对于质量、刚度不对称、不均匀的结构,计算时应考虑扭转耦连振动影响的振形分解反应谱法。规则结构可不考虑扭转耦连,但规范规定平行于地震作用的两个边榀框架应乘以增大系数:短边1.15;长边1.05。当扭转刚度较小时不小于1.3。目前的SATWE和TAT等均不能自动识别边榀,软件未予考虑放大,应人工加以调整。

3)偶然偏心。

由偶然因素引起的结构质量变化会导致结构固有振动特性的变化,因而结构在相同地震作用下的反应也不同。考虑受偶然偏心影响后,对最大位移比影响较大,平均增大约为18%,内力及配筋也有所增大。

4)计算振型数目。

振型数目是否足够应由有效质量系数来判断。一般当有效质量系数η*≥0.8时,基底剪力误差一般在5%以内,这时振型数目对结构计算已经足够。否则,一般基底剪力误差较大,内力及配筋计算中有异常现象。计算振型数目并不是越大越好,应不大于结构固有振型的总数,即采用刚性楼板假定时应不大于刚性楼层板数x3。

2.2.3 计算结果中几个指标的判断

大开间异形柱结构在上述假定下的计算结果是否合理需要对计算结果进行人工判断,除要满足梁柱等单个构件的强度要求外,对控制结构整体性能的以下几个指标还要进行重点分析。

1)位移控制:

采用SATWE计算时最大层间位移角,最大水平位移,平均水平位移,平均水平位移角及相应的比值在结果文件WDISP.OUT中,应满足文献[2]中4.3.5条要求。

2)周期比:

此条主要控制结构在地震作用下的扭转效应,是侧向刚度与扭转刚度的相对关系,应根据各振型情况分析找出第一侧振周期与第一扭转周期,注意大开间异形柱结构中不应出现第一振型为扭转振型的情况,第二振型也不宜为扭转振型。

3)层刚度比:

应严格满足文献[2]中4.4.2,5.3.7条规定。此条主要控制结构刚度沿竖向分布是否均匀,不满足时应采取加强措施或改变结构布置的方法。

2.3 构造措施

异形柱结构一般梁柱宽度相等或相近,梁内纵向角筋锚入柱内时易与柱纵筋冲突,故应将梁角筋按一定坡度弯过柱角筋,在柱角筋内侧(或外侧)锚入梁柱节点内,坡度应小于1/25,起弯点离柱边大于800 mm。尽量避免因梁角筋弯折引起刚度突变。节点内梁端箍筋宜加密至另一方向梁相交处,以保证梁柱节点刚域假定,实现强节点概念设计目标。文献[4]对大开间异形柱结构也作了一些构造规定,可作为设计参考。

3 结语

鉴于大开间异形柱轻框架结构在高层住宅中的应用越来越多,国家相关的规范或标准也不完善,在受力上又存在一些缺陷,文中建议对设防烈度为7度以上的高烈度区不宜采用此种结构形式。对于在低烈度区应用时,除应严格遵照现行规范和参照一些关于异形柱结构设计的地方规程外,应注重对结构方案的设计,整体布置和结构构件的布置应力求合理,根据实际情况选择结构计算模型并合理选取参数进行结构计算,对计算结果应进行系统分析,从整体上判断所设计的结构是否合理。设计时还应该根据大开间异形柱轻框架结构的特点加强对构造措施的设计,合理的构造措施是结构有效传力的保证。

参考文献

[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[2]JGJ 3-2002,钢筋混凝土高层建筑结构技术规程[S].

[3]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[4]DB 29-16-2003,钢筋混凝土异形柱结构技术规程[S].

6.浅析异形柱与短肢剪力墙结构设计 篇六

【关键词】异形柱；短肢剪力墙；结构设计；解决方案

引言

随着建筑行业的高速发展，在现代的建筑领工程中，涌现出了大批先进的施工工艺和施工材料，从而为现代的建筑工程建设奠定了坚实的基础。并且随着社会经济的发展，人们的生活生产水平不断提高，人们对住宅的平面和空间也提出了更高的要求。在现代的建筑工程中，传统的框架结构已经不能达到人们对建筑平面和空间的要求。因此，为了满足人们对房屋建筑平面和空间提出的要求，异形柱和短肢剪力墙结构设计应运而生，其中短肢剪力墙结构不仅融合了传统框架结构的所有优点，而且还进行了相信的改进创新，慢慢地发展成为了能够满足人们对住宅空间要求的结构形式。在现代的建筑工程中，短肢剪力墙结构的截面厚度不能超过300mm，并且剪力墙各肢截面高度和厚度之比的范围应该在4～8之间。随着异形柱和短肢剪力墙结构设计在现代建筑工程中的应用，有效的满足了人们对现代建筑的大开间和平面布置灵活以及室内不出现柱楞、不漏梁等要求。因此，异形柱和短肢剪力墙结构设计在现代的建筑工程中被迅速推广，并且得到了长足的发展。然而我国目前的异形柱与短肢剪力墙结构设计的设计情况而言，由于有关部门尚未对异形柱与短肢剪力墙结构设计制定相应的技术标准，从而导致了设计人员只能够依靠经验进行建筑的异形柱与短肢剪力墙结构设计。本文从异形柱结构型式及其计算出发，对异形柱与短肢剪力墙结构设计进行研究，并且对其中的设计要点进行了详细阐述，以供同行参考。

一、异形柱结构型式及其计算

异形柱结构型式有异形柱框架结构、异形柱框架—剪力墙结构和异形柱框架—核心筒结构。

异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。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。因异形柱和剪力墙受力不同，所以计算时不应将异形柱按剪力墙建模计算。

当采用不具有异形柱单元的空间分析程序（如TBSA 5.0）计算异形柱结构时，可按薄壁杆件模型进行内力分析。

对异形柱框架结构，一般宜按刚度等效折算成普通框架进行内力与位移分析。当刚度相等时，矩形柱比异形柱的截面面积大。一般，比值约在1.10-1.30之间。因此，用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱，建议用比值对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱。

对有剪力墙的异形柱结构，由于异形柱分担的水平剪力很小，由此产生的翘曲应力基本可以忽略，为简化计算，可按面积等效或刚度等效折算成普通框架—剪力墙结构进行内力与位移分析。按面积等效更能反映异形柱轴压比的情况，且面积等效计算更为简便。但应注意，按面积等效计算时，须同时满足下面两式：

（1）A矩=A異；（2）b/h=1/2，式中，A矩、A异——分别为矩形柱和异形柱的截面面积；b、h——分别为矩形截面的宽和高；Ix异、Iy异——分别为异形柱截面x、y向的主形心惯性矩。一般，按面积等效计算时，矩形柱的惯性矩比异形柱的小。但对有剪力墙的异形柱结构，计算分析表明，按面积等效与按刚度等效的计算结果是接近的。异形柱的截面设计，可根据上述方法得出的内力，采用适合异形柱截面受力特性的截面计算方法进行配筋计算。

二、短肢剪力墙结构及其计算

短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中，只需按剪力墙输入即可，而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有6个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有7个自由度，考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂时，也存在一些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短，本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用TAT、TBSA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。

三、异形柱的受力性能及其轴压比控制

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，各肢产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力，使柱肢混凝土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，使异形柱的变形能力比普通矩形柱降低。

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。根据高长比不宜小于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。

四、短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱

随着建筑行业的蓬勃发展和城市化建设进程的加快，为了更好的利用城市空间，从而缓解城市的空间压力，在现代的高层建筑中通常会修建地下室用来做地下停车场或者商业用房。然而地下停车厂和商业用房所需要的空间较大，所以就必须通过转换层来满足停车场和商业用房对空间的要求。在现代的高层建筑中应用短肢剪力墙结构设计，通常只将一部分的剪力墙落地，其他的剪力墙框支。根据相关资料显示，科学合理地控制转换层下部框支，能够有效的减少转换层附近的层间位移角以及内力突变。

五、结束语