论述异形柱框架的结构设计

论述异形柱框架的结构设计

发表时间：2018-05-04T15:24:32.053Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第1期作者：胡广鸿

[导读] 在国民经济建设的脚步下，住宅产业的迅速发展，人们对住宅建筑使用的要求越来越高。

广州市住宅建筑设计院有限公司

摘要：在国民经济建设的脚步下，住宅产业的迅速发展，人们对住宅建筑使用的要求越来越高，如何合理地利用建筑的有效面积，这对住宅结构设计提出一项新要求。异型柱框架结构体系在一定程度上满足上述要求，博采了框架及剪力墙结构体系的优点，将是今后住宅结构体系的发展方向之一。

关键词：异形柱框架；结构设计

引言：随着建筑行业的发展，普通框架结构的露梁露柱对建筑平面与空间分隔已越来越不能被房屋使用者所接受。异形柱框架结构与传统的框架结构体系相比，由于肢厚与填充墙基本等厚，解决了普通矩形柱框架结构在房间内露柱造成使用不便的问题，使用面积相应增加许多，解决了砖混结构超高和大开间要求存在的技术问题，因此该结构受到建筑师及广大用户的推广。

一、异形柱及异形柱结构的定义

异形柱框轻结构即是由异形（T型、L型、十字型）柱组成框架，由轻质填充墙所形成的结构。根据建筑布置及结构受力需要，异形柱结构中的框架柱可全部采用异形柱，也可部分采用一般框架柱。T型、L型、十字型三种截面形式的异形柱在实际工程中应用较多，积累的实验研究、理论研究及工程实际经验较多。而对其他形状截面的柱，为适应异形柱结构发展的需要，有待今后进一步研究。

二、异型柱框架结体系主要技术优点

柱肢厚通常用180-200mm，肢厚基本与填充墙等厚，框架梁宽也同墙厚。室内不凸出梁柱，便于使用美观，还增加了房间使用面积，比相同形式的砖混结构可增加约8-10％的使用面积；围护墙通常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，使房间布置更灵活，能更好实现建筑功能的要求；虽然增加了施工难度，但因扩大使用面积，加之自重较轻，减少基础费用，综合考虑总体经济效益较好。

三、异形往结构设计的一般规定

3.1结构布置

（1）异形框架宜双向设置，框架柱相对齐，框架梁应拉通，避免纵横框架梁相互支撑，使结构形成空间受力并具有足够的承载能力、刚度和稳定性，同时具有良好的整体性和较好的抗震性能。

（2）结构平面宜尽量对称，使平面和刚度均匀，2个主轴方向应协调布置，避免扭转带来的不利影响；如果有明显的不对称，应考虑扭转对结构受力的不利影响。

（3）竖向布置应力求体型规则、均匀，避免过大的外挑和内收，防止楼层刚度沿竖向的突变，尽量避免错层。

3.2适用高度、高宽比及长细比限制

异形柱框架在7度抗震设防烈度区，要求房屋高度≤35m，层数<12，建筑物的高宽比不宜大于5；8度区房屋高度不大于25m，建筑物的高度比不宜大于4。另外，柱净高与截面长边之比，即长细比不宜大于4小于8，长细比大于8，易引起失稳破坏。

3.3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。

四、异形柱的结构计算方法

4.1等代矩形柱计算法

（1）将异形柱截面折算成惯性距相等的矩形截面而且将等代矩形柱的形心置于异形柱两肢肝轴线的交点上，

（2）将其输入空间分析程序（如TBSA）进行位移和内力计算，可简化工程量。

（3）以上电算输出的是作用在等代矩形杆形心处的组合内力，需将其回归到单肢截面的形心处。这样每天单肢就可按其各自的组合内力进行正、斜截面的配筋计算。

这样用面积等效换算作抗压抗剪分析的方法在工程应用较多。但用这种方法计算时应明确的是：按矩形柱计算时得出的内力要转换到异形柱上断面形心的位置。然后按矩形柱计算陪配筋；按矩形柱得出的轴压比应乘以矩形柱断面面积与异形柱断面而积之比值才是异形柱的轴压比。

4.2直接计算法

根据国内外的部分实验结果，进行统计分析，拟合成经验公式。即按T型截面分别计算出纵向力作用x轴及y轴，考虑相应的初始偏心距增大系数后，按仅考虑曲肘边纵向受力钢筋计算的偏心受压构件所能承载的纵向力Nx和Ny，然后以初始偏心距的截面边长的比值为参数进行修正。

4.3先配筋再复核法

对有经验的设计人员，在参考一些相关算例的前提下，可以先对异形柱配筋再复核截面就显得更为简便，截面复核时可分x轴和y轴均按T型截面分别复核。不论是哪种计算方法，都可以参与混凝土结构设计相关规范有关偏心受压构件的内容来进行计算。

五、异形柱框架结构的计算要点

5.1轴压比的限制

它是影响柱破坏形态和变形能力的另一个重要因素。有关研究结果表明：轴压比对异形柱的影响远远超过对普通矩形柱的影响，为保证异形柱的延性，必须严格控制轴压比，柱应具有足够打的截面尺寸，以防止出现小偏压破坏，并应满足抗震要求，同时避免长细小于4的短柱。由于异形柱的截面积比具有相同抗弯刚度的矩形柱小，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。

5.2剪跨比的限制

剪跨比是反应柱截面所受弯矩与剪力相对大小的一个参数。是影响框架柱破坏形态的最重要的因素。控制剪跨比即控制柱净高与柱截

面肢长之比。由于异形柱的抗剪性能差，选择异形柱截面时，为避免出现短柱。

5.3主筋配筋率及配箍率的调整

轴压比控制值的调整，使计算得出的矩形柱配筋值一般均较小，用于异形柱截面配筋时比值应予以放大。考虑到异形柱自身的受力特点，由于异形柱较普通柱易于开裂的特点，设计时以普通框架柱的构造体积配箍率0.8％-1.2％为依据，异形柱的配箍率取其上限，并以配箍形式选用矩形复合箍筋。

5.4抗震调整系数的选取

考虑地震作用组合的异形柱，其截面承载力应除以承载力抗震调整系数。对正截面承载能力，取0.8；对于斜截面承载力0.85。

六、异形柱结构提高延性、防止粘结破化的措施

由于异形柱的肢厚都很小，往往同框架梁的宽度一样宽，所以，它对梁纵筋的锚固能力比普通矩形柱差。因此，异形柱就诶狗框架梁贯通中柱的纵向钢筋直径要求不应大于该纵筋方向柱肢高的1／30，而普通矩形柱框架的要求仅为1／20，从避免出现短柱的角度来说，异形柱的肢高短一些为好。但从框架节点对受力纵筋的锚固粘结来说，有要求肢高稍长一点为好。因此兼顾两方面原因，实际采用的柱肢高一般在500-700mm之间，既可以解决梁纵筋直径可在16-22mm（柱肢高的1／30）之间选用的构造要求，又可解决避免出现短柱的要求。

结束语：异形柱框架结构虽然在结构上存在一定缺陷，但有其存在的市场价值，在工程实践中经常被使用。因此应在掌握其受力特性和结构特点、了解其结构破坏机理的基础上选用合理的结构形式，正确运用电算结果，满足规范要求的各种构造措施，才能保证所设计的结构有可靠的安全度。

参考文献

[1]孙超，姚尧.浅析异形柱框架结构设计中应该注意的问题[J].山西建筑，2010，（13）.

[2]杨纪红.有抗震要求的多层住宅异形柱框架结构设计及优化措施分析探讨[J].中外建筑，2010，（04）.