浅析异型框架柱结构的设计

何贵云 马春喜

摘要：柱框架结构的布置比普通矩形灵活多变，能够满足建筑物很多功能方面的需求，具有很大的发展空间。本文阐述了框架异形柱的优点，并在设计中的一些问题进行分析和探讨来使框架异形柱得到更好的应用。

关键词：异型柱设计方法 框架计算

Abstract: The layout of the column frame than the ordinary rectangular flexible, able to meet the needs of the building functions, with much room for development. This paper describes the advantages of the framework shaped columns, and some problems in the design of the analysis and discussion to better application of the framework shaped columns.

Key Words: shaped pillar, design method, framework calculation

中圖分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：

1概述

近年来，随着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，普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带来极大的不便。普通框架结构露梁露柱的缺点已经不能满足人们对住宅平面和空间的要求，如何合理地利用建筑物的有效面积，这对住宅结构设计提出了一项新的要求。异型柱框架结构体系在一定程度上满足了上述要求，它博采了框架及剪力墙结构体系的优点，它将是今后住宅结构体系的发展方向之一。

2异型框架柱的优点

2.1柱的平面布置灵活多变，异型柱结构的围护墙都是非承重的轻质隔墙，原责上可以随意穿洞。甚至拆除重砌。受建筑功能的限制较少，可满足业主对大开间建筑的需要。

2.2异形框架比举行框架质量小很多，所以其抗震作用也比较好。等面积的异型柱的抗弯刚度大于矩形柱，而且异型结构梁的净跨度比较小，梁的线刚度变大，整体性变强，这就使抗震性能也随着抗侧刚度的提高也变的优秀。

2.3异形框架柱的配筋也可以适当的降低，因为实验表明箍筋的抗剪强度并没有完全的起作用，板箍筋的最大应力在核心区只为箍筋屈服强度的35％。异型柱的结构可以根据需要选择不同性能的材料来填充，建筑物的自重就得到降低，各方面的造价费用就减少。如果业主需要还可以适当的削减墙的厚度而增大建筑物的使用面积，达到最大的使用效益和经济效益。

4．异型柱框架的使用能在建筑结构设计中，有效地解决房屋超高、超层问题。比如结构规范中规定，处于7度区的砌体结构不能达到35m的高度，可当我们使用了异型柱结构以后，在7度抗震设防区房屋最大高度是可以达到这个高度的。

5．隔声、隔热效果优于砌体结构，改善了建筑物的物理特性。

3异型柱框架的结构设计

3.1结构的布置

异型框架结构的布置方面，设置异型柱的隔墙交叉点来达到要求。不仅要考虑结构的合理布置，还要尽可能的使柱子分布均匀，使其具有良好的可以改造的性能。对跨度也要合理的调整，在主卧室和客厅不要设置梁。如果在这些地方真的不能避免的要设置梁，可以在板内设置暗梁。在有阳台的卧室或者客厅时，可以向阳台两侧外伸异型柱的翼柱。如果结构单元墙哦楼梯间不在一个轴线位置，在对局部应力解决的时候，要设置T、L、Z型柱。在一个单元，尽量设置矩形柱，如果可以设置。如果在建筑上要有柱子错位的要求，为了避免在柱变换较多的楼层可能形成薄弱层，并且对下层柱产生较大的偏心弯矩，而对变截面处形成大的应力集中，尽量不采用下收上扩的形式，而在上层收。为了加强刚度可以把电梯和四周连接成筒，对平面刚度的对称也要注意。刚度分布如果不均匀，在结构计算的时候要考虑因扭转耦联造成的影响。

3.2设计方法

现在异型柱结构设计方面国家还没有统一的规范，只有天津和广东两个省对其有一定的施工标准可以供设计人员进行参考。在设计过程中不能简单的把异型柱当作矩形柱的计算方法来计算，因为矩形柱和异型柱的截面形式差异性很大。现阶段国内异型柱截面计算和设计软件有天津大学的钢筋硷异型柱结构配筋计算程序 CRSC、,广东省建院的 SS、SSW 程序和建研院的 TAT、SATWE 程序。在设计的时候考虑到上述仅仅是地方的标准，则还需考虑一下部分：对柱的净高与柱截面长边尺寸之比小于4的异形柱，应沿柱高全高加密箍筋，以减小地震作用下柱剪切脆性破坏的危险性和改善柱的变形性能；位于l形柱角处的纵向受力钢筋为双向共用；因荷载方向角的任意性，在异形柱内折角处也应设置相同直径的受力筋；按肢长与肢宽之比定义异形柱或短肢墙很大程度是为了学术上的便利。但用TAT程序进行结构整体计算时，按异形柱模式可能导致结构刚度下降，应适当增加抗地震力；施工过程中对异形柱及其节点区应加以重视，采用骨料粒径较小的混凝土进行浇筑，以确保施工质量；在一般的矩形柱的多层框架结构中侧移多不起控制作用，而对于异形柱框架结构，由于侧向刚度较小，有时侧移会超过规范允许值；为安全起见，对抗震等级三级及二三级以上的结构，应对节点进行计算，以保证节点区的可靠性。

3.3框架的计算

异型框架比较特殊，在截面对称轴收到作用力时，其挠曲应力在弹性分析时比较小，这时候就相当于承受水平力的偏压构件，还可以按混凝土设计规范和平面假定分析计算。如果框架柱水平作用力较小的时候，仍可以按偏压柱分析计算，此时误差很小。异型柱可以通过面积和刚度相等的原则换算成矩形柱进行整体的分析和计算。水平力作用不是在主轴方向，水平作用力如果很大，那么挠曲应力就不能忽略，就需要对其进行有限元分析，来计算出配筋、内力的位置和大小。对内力和配筋计算时，选择的软件要能计算异型柱。如果软件没有计算异型柱的部分，则可以把其按照等刚度和面积换算为矩形柱来对其分析，计算出双向内力的时候再设计异型柱截面，但是用这种方法截面的可靠性不高而且工作量也非常大。所以，为了取得准确率高，计算量也不是很大，在对其分析计算的时尽量选择带有异型柱计算功能的软件。

3.4异型柱框架的构造措施

在对异型柱的构造的时候，要满足各方面的规范。根据异型柱的特点，构造措施有：

从结构体系方面，对设计理念要严格把我，努力做到刚度均匀，结构平面规整，构件传递作用力明确直接，结构也尽量不要有错层；柱的轴压比应满足规范中的要求，并应当适当修改；其截面尺寸的肢厚要小于180mm，而肢长要大于其四倍；而且对混凝土强度等级也有要求，其不低于C2；对异型柱的配筋时，箍筋宜沿全高加密，箍筋间距不大予100mm，直径不小于8 mm，纵向受力钢筋宜采用Ⅱ级钢筋，直径不小于16mml，箍筋宜沿全高加密；基础埋深比较大，底层做为停车库或者商店或者基础梁设置的比较浅的时候，可以把底层柱设计成矩形结构，可避免异型柱过短的问题，还能抵抗由于水平力作用下导致的应力集中现象；在对梁截面选择过程中，首先要对异型柱轴压比进行确定，在对其截面的选择也要考虑综合的考虑多方面因素，异型柱的最主要的功能就是满足建筑功能的需要，异型柱翼一般设计的和墙后相等。不易过大，这样才能避免出现室内柱突出问题。

结束语

随着人们生活水平的提高，对住宅的要求也越来越高，普通的住宅结构已经满足不了人们的需求。异型框架柱做为新型的结构得到了广泛的使用。结构设计人员充分的掌握异型柱的各方面特点，正确的把握住设计要点，保证工程结构的安全可靠、经济合理，不断的完善和发展异型柱框架结构的相关设计。

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