异形柱框架

异形柱框架
异形柱结构学习
随着人们对住宅，特别是别墅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构有露梁露柱的缺点、砖混结构抗震性能比较差。

于是近年来异形柱结构发展迅速。

以下内容为异形柱结构型式的受力特点、计算分析及构造要求及与矩形柱结构比较等。

一、异形柱结构的特点：
1、异形柱柱肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异；
2、对于长柱（H/h>4）可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。

而对短柱（H/h<4），剪切变形占有相当比例，构件变形能力下降。

异形柱通常在短柱范围，且属薄壁构件，弯曲变形性能有限，延性较差；
3、异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显；
4、异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。

由于其受力性能的复杂，设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。

二、异形柱与矩形柱定义及布置：
1、异形柱定义：截面几何形状为L型、T型、十字形，且截面各肢的肢高肢厚
比不大于4的柱。

（1）异形柱截面的肢厚不应小于200，肢高不应小于500。

（2）按照异形柱定义，对肢厚200的异形柱肢高不能超过800。

实际对住宅而言，因异形柱剪跨比限制，不管肢厚多少肢高都不能超过800，
一般不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6。

（3）对Z型的异形柱，可输入两个L型异形柱，PKPM建模时两个异形柱用刚性梁连接处理。

（4）对一字形异形柱，设计时尽量改为300宽的矩形柱，当建筑要求不能改动时，可布短肢墙，当墙厚为200时，可布200x1050的短肢墙。

注意异形柱框架结构不能出现较多的短肢墙，计算按照异形柱框架结
构计算，短肢墙编号按照DZQ等墙体编号，不能编号为KZ;当短肢
墙较多时应按照异形柱框剪结构计算，应布置适当的长肢墙。

（5）布置异形柱应多与建筑沟通，将异形柱的翼缘伸向有隔墙房间的一侧，避免在客厅、卧室布置梁。

在卧室门垛处因门垛的宽度太小（小
于500），不能布置异形柱，可在门后布矩形柱，或沿隔墙布短肢墙。

对双门垛处可布T型异形柱处理。

（6）异形柱结构的楼梯间、电梯井应根据建筑布置及结构抗侧向作用的需要，合理布置剪力墙或一般框架柱。

（对多层电梯井太严格可具体处
理）
（7）抗震设计时，异形柱结构不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式，
也不应采用单跨框架结构。

（8）对于底层为商场的住宅建筑，商场部分宜设置矩形柱，一般情况下应尽可能将下层矩形柱设计成外包上层异形柱，这样从受力或施工比较
合理。

2、矩形柱：截面的宽度和高度均不宜小于300，圆柱直径不宜小于350mm。

截
面长边与短边的边长比不宜大于3。

（1）柱与短肢墙的区分：《高规》将短肢剪力墙定义为墙肢高度与厚度之比为5～8的剪力墙，同时，《高规》7.2.5条规定不宜采用墙肢高度与
厚度之比小于5的剪力墙；对墙肢高度与厚度之比不大于3的墙，应
按柱的要求进行设计。

因此，在PMCAD中，我们应尽量避免采用墙肢高厚比在3～5之间的剪力墙，当采用墙肢高厚比不大于3的剪力墙时，则应按柱的形式输入。

这样该规定出现了不衔接的情况，即一般剪力墙截面高度与厚度比>8，短肢剪力墙为5~8，异形柱为<4且不小于2，矩形柱不大于3，那4~5之间的构件按照异形柱设计还是按照墙设计？《混凝土规范》10.5.1条规定，当构件截面的长边（长度）大于其短边（厚度）的4倍时，宜按墙的要求进行设计。

（2）矩形柱当受力次要部位且轴压比很小时可布置宽度小于300，但另一方向柱长度尽量长一些。

（3）矩形柱剪跨比（柱净高/2h0）宜大于2。

（异形柱剪跨比宜大于2不小于1.5）
三、异形柱与框架柱计算
1、异形柱计算
（1）现在一般用PKPM 计算异形柱结构，在SATWE中选择异形柱框架或异形柱框剪，设计时应注意地震力作用方向。

《异形柱规程》第4.2.4条
规定：一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用
并进行抗震演算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担，7
度（0.15g）及8度（0.2g）时尚应对与主轴成45度方向进行补充演算。

SATWE程序中应输入“斜交抗侧力构件方向附加地震作用数”和相应角
度。

（2）扭转不规则（位移比大于1.2），楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.45；
这条针对多层和高层，因此不管多高层，这一条必须满足，在打计算书
时，多层也需要打出位移信息。

另外对扭转不规则的异形柱结构，水平
地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响。

（3）楼层承载力突变时，其薄弱层地震剪力应乘以1.20的增大系数；楼层受承载力不应小于相邻上一层的65%。

现有的PKPM软件在计算异形柱结
构对楼层承载力突变薄弱层地震剪力放大系数为1.15（沿用矩形柱框
架），在输出建筑结构的总信息WMASS.OUT中容易忽略查看被审查提
出。

因此设计人员在“全楼地震作用放大系数”中针对此层应人为放大
1.04倍，其计算结构也用于本层。

（4）竖向抗侧力构件不连续（带转换层异形柱结构）时，该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25~1.5的增大系数。

（5）“梁柱节点重叠作为刚域”的选择，对异形柱结构选择此项，选择此项后，程序对梁进行如下的力学模型简化：1）梁的自重按扣除刚域后的梁
长计算；2）截面实际按扣除刚域后的梁长计算。

（6）异形柱的配筋计算按照双偏压计算。

需说明的是，SATWE 进行异形柱的双偏压计算时采用的是《混凝土规范》附录F提供的方法，即异形
柱的固定钢筋和分布钢筋均为受力钢筋。

这与《异形柱规程》第5.1.1-3
条规定的只有固定钢筋才为受力钢筋的计算方法不一致。

（7）异形柱最小配筋率的控制：《异形柱规程》第6.2.5条规定：1）异形柱中全部纵向受力钢筋的配筋率不应小于表6.2.5规定的数值；2）按柱全截
面面积计算的柱肢各肢端纵向受力钢筋的配筋率不应小于0.2%。

对以上
条款，《异形柱规程》规定的最小配筋率仅包含端部受力钢筋，不包含竖
向分布筋；而程序计算的最小配筋率包含固定钢筋和分布钢筋。

（8）异形柱轴压比的计算：《异形柱规程》第6.2.2条规定，抗震设计时，异形柱的轴压比不宜大于表6.2.2规定的限值。

由表6.2.2可见，异形柱轴
压比的限值与截面形状有关，目前程序还不能根据不同的截面形式判断
轴压比是否超限，需要设计人员人工判断。

（9）异形柱框架应进行梁柱节点核心区受剪承载力计算，在SATWE超限信息可看到超限节点，随着地震烈度提高，节点核心区超限越多，可适当
加大梁高或改框架柱解决。

（10）底部抽柱带转换层的异形柱结构详《异形柱规程》附录A,需说明的时，对多层异形柱结构如为局部抽柱，可对梁板柱局部加强；对顶层退台可
放宽要求。

2、矩形柱计算
（1）边柱、角柱及剪力墙端柱考虑地震作用组合产生小偏心受拉时，柱内纵筋总截面面积应比计算值增加25%。

（2）结构平面布置应减少扭转的影响。

在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移，A级高度高层
建筑不宜大于
该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍，结构扭转为主
的第一自震周期与平动为主的第一自震周期之比A级高度高层建筑不应
大于0.9。

本条针对高层建筑，对多层矩形柱框架结构，规范无位移比的
要求，但必须满足位移角的要求，对框架结构（1/550），框剪结构（1/800）；
对没有转换的异形柱结构，异形柱框架结构（1/600），异形柱框剪结构
（1/850）
（3）抗震设计的高层建筑结构，其楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的70%或其上相邻三层侧向刚度平均值的80%。

四、异形柱结构构造
1、计算独立基础时，应将柱基放在异形柱的形心上。

2、异形柱框架梁高不宜小于400，梁的净跨与截面高度之比不宜小于4
异形柱钢筋应满足下列要求：1）同一截面内纵向受力钢筋宜采用同一直径，直径不应小于14且不应大于25mm。

纵向钢筋的间距：二三级抗震等级不宜大于200；四级抗震等级不宜大于250；当纵向钢筋间距不能满足上述要求时，应设置纵向构造钢筋，其直径可采用12mm，并设拉筋，拉筋间距与柱箍筋间距相同。

3、柱肢截面厚度为 200~250 时，纵向钢筋每排不应多于3 根。

必要时可分
两排配置，两排钢筋之间的净距为50mm。

4、因异形柱肢高尺寸要求，一般对肢高500的异形柱，箍筋可设非加密区，
对大于500的异形柱应沿柱高全长加密。

5、异形柱结构容易出现梁锚固长度不足的问题，因此尽量避免在
异形柱柱肢上平面外设梁，一般由于核心区受剪限制，异形柱结构柱间距不宜大于6米，这样梁钢筋可减少，尽量用小直径。

6、对下面为矩形柱上层为异形柱，上部比下部柱大时处理办法。

7、异形柱结构梁纵向钢筋根数要求（200宽时不大于2根）
8、当框架梁截面宽度大于柱肢厚度时，凸出柱肢一侧不应大于柱肢厚度的一半，且梁的截面宽度不应凸出另一方向柱肢的肢长。

9、当框架梁的截面宽度与异形柱的肢宽相等，或梁截面宽度凸出柱肢一侧小于50mm 时，位于梁四角的纵向受力钢筋应在离柱边800mm 处开始按1／25 的坡度弯折伸人柱筋内侧的梁柱节点内；当框架梁的截面宽度的任一侧凸出柱肢大于或等于 50mm 时，则该侧梁角上的纵向受力钢筋可在本肢柱筋外侧径直伸入梁柱节点内。

因此异形柱结构施工说明应注明这类构造。