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[摘要]：现代住宅建筑要求房间开间大，平面布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁，以便于住户二次装修。与普通矩形柱结构相比，异形柱结构能较好地满足现代住宅建筑的这种要求，因而逐渐得到了推广应用。本文结合笔者的设计实践，对异型柱框架结构设计中需注意的一些问题归纳总结，供结构设计人员参考。
[关键词]：异型柱 结构 设计
中图分类号：F121.3 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）12- 0294 -01
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。
1 异型柱受力特点
根据建筑上的需要，异型柱在房间的分隔墙交点处灵活布置，平面刚度疏散均匀，经常会有梁纵、横不贯通，结构较难简化为平面结构计算；立面刚度分布较均匀，异型柱与轻质砌体填充墙在弹性阶段共同工作性能良好。
异性柱采用T型、L型、十字型等截面形式，肢宽厚比在2.5～4.5之间，柱肢薄而狭长，双向压弯效应明显；异型截面仅有一根对称轴或没有对称轴，对荷载的方向角敏感，抗扭刚度较差，相应地也造成异型柱结构的荷载方向敏感性，且稍有不对称或偏心，抗扭能力降低较大；异型截面的柱肢角部是明显的薄弱部位，尤其是梁底与柱肢交界断面的柱肢角部，应力集中严重；异型柱结构的梁高宽比大，柱肢狭长，使梁柱重叠部分多，在梁端一定范围形成刚域；同时节点区较大且薄，在弹塑性阶段，应计入节点区变形对结构变形的影响。
异型柱结构节点区的受力性能与矩形柱节点有较大区别，一方面由于梁柱薄，施工时混凝土不易振捣密实，再加上梁柱交接处应力集中和后期破坏较重，削减了节点核心区的有效体积，使节点抗剪承载力降低；另一方面，节点区破坏部位向梁端外移，缓解了节点区受力的复杂程度，有利于强节点的实现。
2 异形柱结构设计应注意的问题
结构设计的基本任务是在结构的可靠度和经济之间选择一种合理的平衡，力求以最低的代价，使建造的结构在规定的条件和使用期内，能够满足预定的安全性、适用性和耐久性等功能要求，这就要求设计人员在安全和经济方面综合考虑，合理选择结构体系至关重要。
2.1 概念设计
实现抗震设防目标，結构和构件必须具备足够的刚度、延性和耗能能力。影响结构抗震能力的因素众多，大家更多将设计重心置于结构构件的承载能力和变形性能的计算分析上，但是结构的连接等诸多因素都非计算能得，如要真正实现结构体系的承载力、刚度、稳定性、足够延性，概念设计不容忽视。《规程》主要在结构体系、结构布置、地震作用计算、计算参数、水平位移限值、截面设计和结构构造等方面有所体现。
2.2 结构平面布置
异型柱框架结构的平面布置，除应遵守一般框架结构的构造措施、相关规定、设计要求外，还应考虑自身的特点，注意以下几点：平面布置宜尽量对称，两个主轴方向要协调，使合力中心尽可能和刚度中心重合，减少偏心距，尽量减少因扭转产生的不利影响；考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接；各柱肢应尽量对齐，使柱肢与梁一起构成较规则、多跨的抗侧力体系。笔者认为，异型柱设计的目的主要是合理解决小面积房屋的使用问题，应重点布置在房屋中影响房间使用的墙角部位，其它部位从受力合理和施工方便两个方面考虑宜采用矩形截面柱。这样兼顾了使用和经济两个方面，充分发挥了异型柱使用和受力的特点，创造出每平方米建筑面积用钢量较低的好指标。
2.3 设计方法
异型柱和矩形柱的截面形式差异很大，不能简单把矩形柱的计算方法应用到异型柱中。目前，国内可直接进行异型柱截面内力计算和截面设计的软件有建研院的TAT、SATWE程序，广东省建院的SS、SSW程序以及天津大学的钢筋砼异型柱结构配筋计算程序CRSC。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，经过大量工程校算，能有效地满足结构安全性要求。
2.4 异形柱结构主要构造要求
在正确的结构选型和计算之后，为了保证各构件间和内部传力直接、明确、合理，并具有足够的耐久性，必须采取构造措施。在结构设计中我们应注意以下几方面的构造问题。
2.4.1 结构材料
异型柱结构中，梁、柱、墙的厚度较薄，为保证结构构件的整体与局部有足够的强度，混凝土的强度等级不应低于C25，且不应高于C50；由于其结构构件的厚度较薄，钢筋数量过于密集时，不但造成施工困难，混凝土也难于浇捣密实，因此，异型柱结构的纵向钢筋宜采用高强钢筋。
2.4.2 梁截面尺寸
梁截面高度太小会使柱纵向钢筋在节点核心区内的锚固长度不足，容易引起锚固失效，损害节点的受力性能，特别是地震作用下的抗震性能。因此，《混凝土异形柱结构技术规程》规定了抗震设计的异型柱框架梁最小高度为400mm，设计人员务必遵守此条规定。
2.4.3 柱截面尺寸
异形柱肢厚小于200mm时，会造成梁柱节点核心区的钢筋设置困难及钢筋与混凝土的粘结锚固强度不足，因此，异形柱截面的肢厚不应小于200mm，也不宜大于300mm。规程规定，异形柱截面各肢的肢高肢厚比不大于4，肢高不应小于500mm。
异形柱结构主要用于住宅建筑，一般层高为3000mm，在工程设计中一般取异形柱肢长500～600mm为宜，肢长超过600mm时易形成短柱，不利于抗震且不经济。
2.4.4 受力钢筋最大配筋率
异形柱肢厚较薄，柱中纵向受力钢筋的粘结强度较差，为了减少粘结破坏和节点处钢筋设置的困难，异形柱全部纵向受力钢筋的最大配筋率比普通矩形柱低，抗震设计时不应大于3%。
在地震作用组合内力作用下，梁支座处纵向钢筋有可能在节点一侧受拉、另一侧受压，对于异形柱框架梁柱节点易引起纵向钢筋在节点核心区锚固破坏。为保证梁的支座截面有足够的延性，《混凝土异形柱结构技术规程》对二级、三级抗震等级的框架梁梁端的纵向受拉钢筋最大配筋率是根据单筋梁满足x≤h0的条件给出，与普通矩形柱框架结构不同，未考虑受压区钢筋的作用，其最大配筋率小于普通矩形柱框架结构的框架梁。
2.4.5 梁纵向受力钢筋直径
矩形柱框架结构的框架梁纵向钢筋伸入节点后，其相对保护层一般较厚，而异形柱的柱肢截面厚度小，梁纵向钢筋在节点的粘结能力小于矩形柱框架，故抗震设计时，《混凝土异形柱结构技术规程》对贯穿中间节点的框架梁纵筋直径严于矩形柱框架结构（详见规程第6.3.5条）。
3 结束语
总之，异形柱结构由于其在满足建筑功能、改善住宅室内空间效果等方面比普通矩形框架结构有较大的优势，在多层及小高层住宅中应用越来越广泛。但异形柱抗震性能较差，受力较复杂，节点施工质量不易得到满足，设计者应充分了解异形柱结构的受力特点，熟悉《混凝土异形柱结构技术规程》及设计计算软件，结合以往工程经验，从概念设计到结构计算以及构造措施等方面保证结构的既安全可靠又经济合理。
参考文献：
[1]JGJ149-2006，混凝土异形柱结构技术规程[S].
[2]GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].
[3]路建民，王前林.混凝土异形柱框架结构的设计及应用[J].河南建材，2010.3.
[4]韦宗成.浅谈建筑工程中异形柱框架结构的设计[J].科学之友，2011.5.
[关键词]：异型柱 结构 设计
中图分类号：F121.3 文献标识码：F 文章编号：1009-914X（2012）12- 0294 -01
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。
1 异型柱受力特点
根据建筑上的需要，异型柱在房间的分隔墙交点处灵活布置，平面刚度疏散均匀，经常会有梁纵、横不贯通，结构较难简化为平面结构计算；立面刚度分布较均匀，异型柱与轻质砌体填充墙在弹性阶段共同工作性能良好。
异性柱采用T型、L型、十字型等截面形式，肢宽厚比在2.5～4.5之间，柱肢薄而狭长，双向压弯效应明显；异型截面仅有一根对称轴或没有对称轴，对荷载的方向角敏感，抗扭刚度较差，相应地也造成异型柱结构的荷载方向敏感性，且稍有不对称或偏心，抗扭能力降低较大；异型截面的柱肢角部是明显的薄弱部位，尤其是梁底与柱肢交界断面的柱肢角部，应力集中严重；异型柱结构的梁高宽比大，柱肢狭长，使梁柱重叠部分多，在梁端一定范围形成刚域；同时节点区较大且薄，在弹塑性阶段，应计入节点区变形对结构变形的影响。
异型柱结构节点区的受力性能与矩形柱节点有较大区别，一方面由于梁柱薄，施工时混凝土不易振捣密实，再加上梁柱交接处应力集中和后期破坏较重，削减了节点核心区的有效体积，使节点抗剪承载力降低；另一方面，节点区破坏部位向梁端外移，缓解了节点区受力的复杂程度，有利于强节点的实现。
2 异形柱结构设计应注意的问题
结构设计的基本任务是在结构的可靠度和经济之间选择一种合理的平衡，力求以最低的代价，使建造的结构在规定的条件和使用期内，能够满足预定的安全性、适用性和耐久性等功能要求，这就要求设计人员在安全和经济方面综合考虑，合理选择结构体系至关重要。
2.1 概念设计
实现抗震设防目标，結构和构件必须具备足够的刚度、延性和耗能能力。影响结构抗震能力的因素众多，大家更多将设计重心置于结构构件的承载能力和变形性能的计算分析上，但是结构的连接等诸多因素都非计算能得，如要真正实现结构体系的承载力、刚度、稳定性、足够延性，概念设计不容忽视。《规程》主要在结构体系、结构布置、地震作用计算、计算参数、水平位移限值、截面设计和结构构造等方面有所体现。
2.2 结构平面布置
异型柱框架结构的平面布置，除应遵守一般框架结构的构造措施、相关规定、设计要求外，还应考虑自身的特点，注意以下几点：平面布置宜尽量对称，两个主轴方向要协调，使合力中心尽可能和刚度中心重合，减少偏心距，尽量减少因扭转产生的不利影响；考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接；各柱肢应尽量对齐，使柱肢与梁一起构成较规则、多跨的抗侧力体系。笔者认为，异型柱设计的目的主要是合理解决小面积房屋的使用问题，应重点布置在房屋中影响房间使用的墙角部位，其它部位从受力合理和施工方便两个方面考虑宜采用矩形截面柱。这样兼顾了使用和经济两个方面，充分发挥了异型柱使用和受力的特点，创造出每平方米建筑面积用钢量较低的好指标。
2.3 设计方法
异型柱和矩形柱的截面形式差异很大，不能简单把矩形柱的计算方法应用到异型柱中。目前，国内可直接进行异型柱截面内力计算和截面设计的软件有建研院的TAT、SATWE程序，广东省建院的SS、SSW程序以及天津大学的钢筋砼异型柱结构配筋计算程序CRSC。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，经过大量工程校算，能有效地满足结构安全性要求。
2.4 异形柱结构主要构造要求
在正确的结构选型和计算之后，为了保证各构件间和内部传力直接、明确、合理，并具有足够的耐久性，必须采取构造措施。在结构设计中我们应注意以下几方面的构造问题。
2.4.1 结构材料
异型柱结构中，梁、柱、墙的厚度较薄，为保证结构构件的整体与局部有足够的强度，混凝土的强度等级不应低于C25，且不应高于C50；由于其结构构件的厚度较薄，钢筋数量过于密集时，不但造成施工困难，混凝土也难于浇捣密实，因此，异型柱结构的纵向钢筋宜采用高强钢筋。
2.4.2 梁截面尺寸
梁截面高度太小会使柱纵向钢筋在节点核心区内的锚固长度不足，容易引起锚固失效，损害节点的受力性能，特别是地震作用下的抗震性能。因此，《混凝土异形柱结构技术规程》规定了抗震设计的异型柱框架梁最小高度为400mm，设计人员务必遵守此条规定。
2.4.3 柱截面尺寸
异形柱肢厚小于200mm时，会造成梁柱节点核心区的钢筋设置困难及钢筋与混凝土的粘结锚固强度不足，因此，异形柱截面的肢厚不应小于200mm，也不宜大于300mm。规程规定，异形柱截面各肢的肢高肢厚比不大于4，肢高不应小于500mm。
异形柱结构主要用于住宅建筑，一般层高为3000mm，在工程设计中一般取异形柱肢长500～600mm为宜，肢长超过600mm时易形成短柱，不利于抗震且不经济。
2.4.4 受力钢筋最大配筋率
异形柱肢厚较薄，柱中纵向受力钢筋的粘结强度较差，为了减少粘结破坏和节点处钢筋设置的困难，异形柱全部纵向受力钢筋的最大配筋率比普通矩形柱低，抗震设计时不应大于3%。
在地震作用组合内力作用下，梁支座处纵向钢筋有可能在节点一侧受拉、另一侧受压，对于异形柱框架梁柱节点易引起纵向钢筋在节点核心区锚固破坏。为保证梁的支座截面有足够的延性，《混凝土异形柱结构技术规程》对二级、三级抗震等级的框架梁梁端的纵向受拉钢筋最大配筋率是根据单筋梁满足x≤h0的条件给出，与普通矩形柱框架结构不同，未考虑受压区钢筋的作用，其最大配筋率小于普通矩形柱框架结构的框架梁。
2.4.5 梁纵向受力钢筋直径
矩形柱框架结构的框架梁纵向钢筋伸入节点后，其相对保护层一般较厚，而异形柱的柱肢截面厚度小，梁纵向钢筋在节点的粘结能力小于矩形柱框架，故抗震设计时，《混凝土异形柱结构技术规程》对贯穿中间节点的框架梁纵筋直径严于矩形柱框架结构（详见规程第6.3.5条）。
3 结束语
总之，异形柱结构由于其在满足建筑功能、改善住宅室内空间效果等方面比普通矩形框架结构有较大的优势，在多层及小高层住宅中应用越来越广泛。但异形柱抗震性能较差，受力较复杂，节点施工质量不易得到满足，设计者应充分了解异形柱结构的受力特点，熟悉《混凝土异形柱结构技术规程》及设计计算软件，结合以往工程经验，从概念设计到结构计算以及构造措施等方面保证结构的既安全可靠又经济合理。
参考文献：
[1]JGJ149-2006，混凝土异形柱结构技术规程[S].
[2]GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S].
[3]路建民，王前林.混凝土异形柱框架结构的设计及应用[J].河南建材，2010.3.
[4]韦宗成.浅谈建筑工程中异形柱框架结构的设计[J].科学之友，2011.5.