基于异形柱框架结构设计的分析

李文锋

【摘要】异性框架结构设计过程中，要充分考虑到建筑的设计要求，使其结构效能得到最大的发挥，真正满足人们对建筑设计的要求，促进建筑往更好的方向发展。

【关键词】异形柱；框架结构；概述；设计；问题

1、异形柱框架结构的定义

所谓异形柱框架结构即是由異形（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的需要，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。《规程》中目前仅列入T型、L型、十字型三种截面形式的异形柱，因此对此三种截面形式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，由于目前缺乏充分的研究成果而未列入，为适应异形柱结构发展的需要，有待今后进一步研究充实。

2、异形柱框架结构概述

2.1异型框架柱的优点

（1）具有一般矩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，室内不出现柱楞不露梁，使用面积能增加8%～10%。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）由于填充墙推荐采用粉煤灰、加气混凝土砌块等非粘土质新型轻质墙体材料，使得造价能低于普通框架结构约10%～15%。与消耗耕地的粘土砖混结构体系相比，异形柱框架结构体系优势明显，是砌体结构较好的替代品，因此具有很好的推广价值和广阔的市场前景。（5）隔声、隔热效果优于砌体结构，改善了建筑物的物理特性。

2.2异形柱框架结构的应用前景

随着人们审美水平的日益提升，对于建筑设计方面也提出了更高层次的要求，因此为了适应新时期建筑领域多元化发展需要，异形柱框架结构应运而生，这种新型建筑结构具备明显的经济节能性。由于异形柱框架结构自身具备了较强的受力能力，能够有效提高室内空间利用率，还可以通过与剪力墙结构混合应用，形成互补的关系，组成相对完整的综合建筑结构。目前，异形柱框架结构已经成为了建筑业未来主要的发展趋势。

3、异型柱框架的结构设计

3.1结构的布置

异形框架结构在进行布置的过程中，其异形柱的所设置的隔墙交叉点，必须要充分的满足要求。不仅仅要对结构的合理布置进行考虑，还必须要最大限度的确保柱子所分布的均匀性，并且保证良好的改造余地。同时，对于跨度也应当要合理的进行调整，不要在客厅以及主卧室之中进行梁设置。如果在某些特殊情况下，客厅和阳台卧室需要进行梁设置，那么可以采取在板内进行暗梁的方式。同时在有阳台的卧室、客厅之中，可以直接向阳台的两侧进行异形柱的翼柱外伸设置。如果说建筑结构的单元强和建筑的刘体检不是出在一个共同的轴线位置之上，那么在对于拒不应力进行解决的过程中，就需要对T、L、Z型柱进行的设置。在一个结构单元之中，要的进行矩形柱设置，只要能够设置都要进行设置。如果说在建筑之上有部分柱子需要进行错位，那么为了避免过多柱体的错位变换而出现薄弱环节的可能性，就需要保证变截面位置能够形成极大的应力集中性，不采取下手上扩的形式来进行，仅仅知识在上层进行收应力处理。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

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。

4、设计中应注意的有关问题探讨

4.1工程实际总与理论有一定距离

建筑功能布置的多样化、新潮化，使得异型框架柱布置常常无法实现刚度均匀的要求，例如，厨房、卫生间、楼梯等区域因朝向等考虑往往集中某侧布置，使得柱网布置较密，这样就容易造成刚度中心偏向而形成扭转。在异形柱框架体系中，由于结构很难对称，扭转往往是主要矛盾。因此，设计中应该考虑适当的抗扭转措施，以符合概念设计要求。在异形框架结构设计中，当刚心与质心不一致，结构在地震作用下可能有较严重的扭转作用时，可以适当使用斜支撑结构以提高结构抗扭性能。

4.2在一些异形柱框架结构中存在错层、跃层

局部梁柱线刚度比远大于一般情况的梁柱线刚度比，虽然满足轴压比限值要求，但不能满足强柱弱梁（提高框架柱的延性）的概念设计要求。这时，有必要根据规范要求对柱刚度进行加强处理，处理措施有：1）梁与柱连接按铰接处理，虽然要求多层框架结构尽量纵横向刚接，但铰接可有效减少梁端弯矩对柱的不利影响。2）适当加大错、跃层位置柱的截面尺寸以提高柱的刚度，但这样也容易造成个别短柱。短柱全高范围内箍筋按加密区对待。3）控制柱肢纵筋间距不能超过200mm，超过时应配置d≥14mm的构造纵筋并设拉结筋，以增强柱肢稳定性。

4.3异形柱框架结构的基础设计，与普通框架结构基础设计相似，但有其特殊性

如基础设计时，同矩形柱基础一样，应注意基础形心与异型柱形心重合，或与上部荷载重心重合，以避免偏心受压。但由于异型柱截面的特异性，对柱下独立承台或独立基础，单柱时需要首先计算异型柱的形心位置，然后以柱的形心与基础形心重合来确定承台的形心位置，进而进行布桩（当为桩基时）；对双柱或多柱承台，也应首先算出各柱的形心位置，然后根据各柱的柱底内力计算出荷载的重心作用位置，最后以荷载重心确定承台的形心以及布桩。基础抗冲切验算，笔者认为可参照矩形柱的验算方法进行。

5、结语

异形柱框架结构虽然在结构上存在一定的缺陷，但有其存在的市场价值，在工程实践中也的却经常被使用。所以我们应该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，正确地运用电算结果，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]侯晓曦，L形钢骨混凝土异形柱受力性能研究[D].沈阳建筑大学，2011.

[2]龙卫国.异形柱受力性能及结构设计有关问题探讨[J]四川建筑.2012，12（02）：32