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摘 要：异形柱框架结构因为使用过程中室内不会出现棱角、家具布置方便、房间的有效使用面积变大等优点，在我国得到了广泛的应用。本文主要分析了异形柱框架结构体系的特点，并论述了异形柱框架结构的设计要点。
关键词：异形柱；框架；结构；设计
随着我国建筑产业的迅猛发展，人们对住宅建筑的要求也越来越高，普通的矩形柱框架结构已经很难满足人们的要求，异形柱框架结构得到了快速的发展。异形柱框架结构是指由异形（T形、L形、十字形）柱组成框架，由轻质填充墙所形成的结构。使用这种结构，室内棱角较少、家具便于布置、房间的有效使用面积变大、填充墙与壁柱等厚、与填充墙连接良好，多应用于住宅建筑中，在我国倍受青睐。
一、异形柱框架结构体系的特点
异形柱框架结构是一种介于短肢剪力墙与矩形框架之间的结构体系，其肢高与肢厚之比愈小愈接近框架结构的受力特征，在当代的住宅建筑中得到了广泛的运用。异形柱框架结构的受力特点及功能决定了它的特点：
一般，柱肢厚度为180～200mm，柱肢厚度与填充墙基本一样，框架梁宽也同墙厚，室内不凸出梁柱，使用方便，并且比较美观，使得房间的使用面积变宽，比相同形式的砖混结构多出了8%～10%的使用面积；
柱的平面布置很灵活，异形柱结构的围护墙通常是非承重的轻质隔墙，受建筑的限制较少，这使得房间布置更加灵活，可很好地满足业主对大开间建筑的需求；
异形柱框架与矩形框架相比，抗震性能要高很多，质量的变轻更是提高了其抗震性能，再者，抗侧刚度也会影响抗震性能；
异形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，应力比较集中；
异形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；同时节点区较大而薄，在弹塑性阶段，应计入节点区变形对结构变形的影响。
二、异形柱框架结构的设计要点
（一）结构平面的布置
异形柱框架结构的平面布置，除要满足一般的框架结构的构造要求外，还应注意：结构平面布置应该尽量对称，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，相应调整异形柱柱肢高，使其满足扭转与平动第1周期比T3/T1 考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接。
异形柱结构高宽比，在7度抗震设防时不应超过5，8度抗震设防时不应超过4。
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。
竖向布置应规则、均匀，避免出现过大的外挑和内收，防止楼层刚度沿竖向的突变，尽量避免错层；上下层柱变截面处异形柱剪心应重合。
（二）适用的房屋最大高度和最大高宽
异形柱框架结构在6度（O.05g）抗震设防烈度区，房屋最大高度24m，高宽比不宜大于4；异形柱框架在7度（0.10g）抗震设防烈度区，要求房屋高度小于35m，层数小于12层，建筑物的高宽比不宜大于5；在8度（0.20g）抗震设防烈度区，房屋高度小于25m，建筑物的高宽比不宜大于4。另外，柱净高与截面长边之比，即长细比宜大于4小于8。长细比小于4（即短柱），容易发生脆性剪切破坏；长细比大于8，易引起失稳破坏。
（三）结构计算分析
钢筋混凝土异形柱框架抗震结构计算采用SATWE软件，并用TAT软件进行复核。
1.计算参数选择
2.结构整体计算分析
采用SATWE软件对异形柱的内力、配筋计算是按以下三步进行的。
（1）先求出各异形柱截面在主轴的惯性矩和方向角，并建立主轴的单元刚度，与梁刚度、墙刚度一起参与整体分析。
（2）整体分析后，把异形柱作用于形心的弯矩、轴力、剪力参照材料力学公式进一步分解到异形柱截面上每一关键点的应力，通过积分即得每一段柱肢在平面内的弯矩、轴力和剪力，柱肢平面外不考虑。
（3）然后以每段墙肢为一矩形截面，按照对称配筋计算它的配筋。
3.构造设计
（1）异形柱轴压比控制
在抗震设计中，对框架结构、框剪结构，柱的延性对于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用。轴压比反映构件的变形能力，是影响混凝土柱延性的一个关键指标，对异形柱的抗裂和抗剪能力影响较大，是影响柱破坏形态的重要因素。由试验结构分析，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。在高軸压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小会直接影响到柱的延性，特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合，剪应力使混凝土柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝，产生腹剪破坏，加上异形柱多属短柱，这些导致异形柱脆性明显，使异形柱的延性普遍低于矩形柱，因而对异形柱的轴压比更要严格控制。
（2）柱壁厚度和砼标号的选择
按照相关规范标准，从以往的实践经验来看，柱肢的厚度最小不少于200mm，宜采用200—250mm比较合理。对于10层及以上框架，其下面两层梁柱节点处的钢筋有时显得比较密集，因此不宜减薄。在梁跨度较大时，柱子往往显得截面不足，轴压比太大，钢筋过分密集。因此最好把一、二层柱砼标号提高到C40左右，避免采用加大壁厚的方案。当楼层更高时，不得已才采用加大壁厚的方法，因为异形柱的优点在于少占或不占层间面积，有利于家具的布置，若盲目采用加大壁厚的方案，则这个优点就不明显了。如果确实不行时最后只能采用矩形柱代替了。
（3）柱与基础的连结
由于异形柱截面形心比矩形柱难以确定，如果直接将异形柱连结到基础，给设计和施工都带来不便。另一方面，由于地基情况千变万化，同一幢建筑物的基础埋深经常有所不同，这样在基础梁与基础之间可能会形成短柱，对抵抗水平力极为不利。设计中通常将这段短柱设为矩形柱，底层异形柱与矩形柱相连并与基础梁连成整体，可以有效地减少水平力产生的应力集中，同时也方便基础放线定位施工。
（4）框架节点设计
框架梁的截面宽度与异形柱的肢宽相等，或梁截面宽度每侧凸出柱边小于50mm时，在梁四角上的纵向受力钢筋应在离柱边大于800mm处，且满足小于1/25坡度的条件下，向柱筋内侧弯折伸入框架节点内。
当框架梁截面宽度的任一侧凸出柱边不小于50mm时，则该侧梁角上的纵向受力钢筋可在本肢柱筋外侧伸入梁柱节点内。
总之，只有在设计中遵循概念设计要求，充分了解异形柱的受力特点和破坏机理，选用合理的结构布置，处理好结构构造，正确使用计算机分析方法，才能确保结构安全可靠、经济适用。
参考文献：
[1]袁彦波.浅析建筑住宅楼混凝土异形柱框架结构设计[J].建材与装饰：上旬.2011（4）.
[2]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：下旬.2011（5）.
[3]谢华店.异形柱框架结构之优化设计分析[J].商品与质量：建筑与发展.2011（6）.
关键词：异形柱；框架；结构；设计
随着我国建筑产业的迅猛发展，人们对住宅建筑的要求也越来越高，普通的矩形柱框架结构已经很难满足人们的要求，异形柱框架结构得到了快速的发展。异形柱框架结构是指由异形（T形、L形、十字形）柱组成框架，由轻质填充墙所形成的结构。使用这种结构，室内棱角较少、家具便于布置、房间的有效使用面积变大、填充墙与壁柱等厚、与填充墙连接良好，多应用于住宅建筑中，在我国倍受青睐。
一、异形柱框架结构体系的特点
异形柱框架结构是一种介于短肢剪力墙与矩形框架之间的结构体系，其肢高与肢厚之比愈小愈接近框架结构的受力特征，在当代的住宅建筑中得到了广泛的运用。异形柱框架结构的受力特点及功能决定了它的特点：
一般，柱肢厚度为180～200mm，柱肢厚度与填充墙基本一样，框架梁宽也同墙厚，室内不凸出梁柱，使用方便，并且比较美观，使得房间的使用面积变宽，比相同形式的砖混结构多出了8%～10%的使用面积；
柱的平面布置很灵活，异形柱结构的围护墙通常是非承重的轻质隔墙，受建筑的限制较少，这使得房间布置更加灵活，可很好地满足业主对大开间建筑的需求；
异形柱框架与矩形框架相比，抗震性能要高很多，质量的变轻更是提高了其抗震性能，再者，抗侧刚度也会影响抗震性能；
异形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，应力比较集中；
异形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；同时节点区较大而薄，在弹塑性阶段，应计入节点区变形对结构变形的影响。
二、异形柱框架结构的设计要点
（一）结构平面的布置
异形柱框架结构的平面布置，除要满足一般的框架结构的构造要求外，还应注意：结构平面布置应该尽量对称，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，相应调整异形柱柱肢高，使其满足扭转与平动第1周期比T3/T1
异形柱结构高宽比，在7度抗震设防时不应超过5，8度抗震设防时不应超过4。
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。
竖向布置应规则、均匀，避免出现过大的外挑和内收，防止楼层刚度沿竖向的突变，尽量避免错层；上下层柱变截面处异形柱剪心应重合。
（二）适用的房屋最大高度和最大高宽
异形柱框架结构在6度（O.05g）抗震设防烈度区，房屋最大高度24m，高宽比不宜大于4；异形柱框架在7度（0.10g）抗震设防烈度区，要求房屋高度小于35m，层数小于12层，建筑物的高宽比不宜大于5；在8度（0.20g）抗震设防烈度区，房屋高度小于25m，建筑物的高宽比不宜大于4。另外，柱净高与截面长边之比，即长细比宜大于4小于8。长细比小于4（即短柱），容易发生脆性剪切破坏；长细比大于8，易引起失稳破坏。
（三）结构计算分析
钢筋混凝土异形柱框架抗震结构计算采用SATWE软件，并用TAT软件进行复核。
1.计算参数选择
2.结构整体计算分析
采用SATWE软件对异形柱的内力、配筋计算是按以下三步进行的。
（1）先求出各异形柱截面在主轴的惯性矩和方向角，并建立主轴的单元刚度，与梁刚度、墙刚度一起参与整体分析。
（2）整体分析后，把异形柱作用于形心的弯矩、轴力、剪力参照材料力学公式进一步分解到异形柱截面上每一关键点的应力，通过积分即得每一段柱肢在平面内的弯矩、轴力和剪力，柱肢平面外不考虑。
（3）然后以每段墙肢为一矩形截面，按照对称配筋计算它的配筋。
3.构造设计
（1）异形柱轴压比控制
在抗震设计中，对框架结构、框剪结构，柱的延性对于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用。轴压比反映构件的变形能力，是影响混凝土柱延性的一个关键指标，对异形柱的抗裂和抗剪能力影响较大，是影响柱破坏形态的重要因素。由试验结构分析，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。在高軸压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小会直接影响到柱的延性，特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合，剪应力使混凝土柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝，产生腹剪破坏，加上异形柱多属短柱，这些导致异形柱脆性明显，使异形柱的延性普遍低于矩形柱，因而对异形柱的轴压比更要严格控制。
（2）柱壁厚度和砼标号的选择
按照相关规范标准，从以往的实践经验来看，柱肢的厚度最小不少于200mm，宜采用200—250mm比较合理。对于10层及以上框架，其下面两层梁柱节点处的钢筋有时显得比较密集，因此不宜减薄。在梁跨度较大时，柱子往往显得截面不足，轴压比太大，钢筋过分密集。因此最好把一、二层柱砼标号提高到C40左右，避免采用加大壁厚的方案。当楼层更高时，不得已才采用加大壁厚的方法，因为异形柱的优点在于少占或不占层间面积，有利于家具的布置，若盲目采用加大壁厚的方案，则这个优点就不明显了。如果确实不行时最后只能采用矩形柱代替了。
（3）柱与基础的连结
由于异形柱截面形心比矩形柱难以确定，如果直接将异形柱连结到基础，给设计和施工都带来不便。另一方面，由于地基情况千变万化，同一幢建筑物的基础埋深经常有所不同，这样在基础梁与基础之间可能会形成短柱，对抵抗水平力极为不利。设计中通常将这段短柱设为矩形柱，底层异形柱与矩形柱相连并与基础梁连成整体，可以有效地减少水平力产生的应力集中，同时也方便基础放线定位施工。
（4）框架节点设计
框架梁的截面宽度与异形柱的肢宽相等，或梁截面宽度每侧凸出柱边小于50mm时，在梁四角上的纵向受力钢筋应在离柱边大于800mm处，且满足小于1/25坡度的条件下，向柱筋内侧弯折伸入框架节点内。
当框架梁截面宽度的任一侧凸出柱边不小于50mm时，则该侧梁角上的纵向受力钢筋可在本肢柱筋外侧伸入梁柱节点内。
总之，只有在设计中遵循概念设计要求，充分了解异形柱的受力特点和破坏机理，选用合理的结构布置，处理好结构构造，正确使用计算机分析方法，才能确保结构安全可靠、经济适用。
参考文献：
[1]袁彦波.浅析建筑住宅楼混凝土异形柱框架结构设计[J].建材与装饰：上旬.2011（4）.
[2]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：下旬.2011（5）.
[3]谢华店.异形柱框架结构之优化设计分析[J].商品与质量：建筑与发展.2011（6）.