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摘要：为了适应建筑物平面的灵活布置需求，异形柱框架结构作为一种良好的结构形式广泛的应用在各种建筑结构中。其在目前的建筑工程项目中以承载力强、布置灵活方便等优势受到人们的广泛关注。本文主要从异形柱框架结构的自身受力特点着手分析，结合过去经验提出了异形柱结构在目前住宅工程设计中常见的问题，并提出需要注意要点措施与预防处理方法。
关键词：异型柱 框架结构 设计方法
一、概述
新世纪，国民经济的发展促使我国住宅产业蓬勃发展，与此同时人们生活水平的提高对于住宅建筑提出了新的使用要求。基于这种社会现状，传统的普通矩形框架柱由于对室内装饰和家具布置有着极大的影响而成为人们研究与探索的重点。在目前的工程项目中，如何合理的利用建筑物的室内面积，这对于住宅工程结构设计而言是一项新的要求、新理念。异形柱框架结构的应用在一定程度上满足了人们对室内空间要求，也符合住户对室内装饰与家具陈列要求，因而受到人们的广泛关注。就异形柱框架结构受力角度去分析来说，异形柱框架结构是一种博采了框架结构与剪力墙结构体系的共同优势，在平面布置中又类似于框架结构，使得柱的截面形式不拘泥于矩形，可以将柱截面设置成为各种复杂的结构形式，同时由于其在使用的时候混凝土材料应用少而刚度大，更是可以和其他的填充墙体相互配合使用，这就促使其在目前的建筑结构中受到人们的重视与关注。
二、异型柱概念与受力特点
1、异形柱概念
异形柱是随着人们对住宅、特别是高层和多层住宅平面与空间结构要求而出现的一种新的结构形式。在近年来社会发展中，随着人们生活水平的提高，无论是物质生活还是精神生活都提出了新要求，这就使得普通框架结构由于对空间的严格限制而无法满足人们新颖、个性的建筑空间要求。基于这种社会现状，人们迫切需求一种能够满足人们个性、新颖的空间要求的建筑结构形式的出现。这就促使了一种新的结构形式——异形柱框架结构的产生与应用。这种结构的出现是在承受建筑物相关荷载的同时满足居民的建筑空间要求，使得建筑空间逐步趋于多样化、个性化发展。异形柱框架结构在设计的过程中是基于建筑安全为基础进行综合性设计的过程，是将建筑的整体性与安全性作为统一的指导思想来进行全面的总结与深入的分析。
2、异形柱的受力特点
在目前的建筑工程设计中，异形柱与普通的框架结构相比较而言，存在着以下几点受力特点：
2.1.在设计的过程中，根据建筑物上部荷载需要，异形柱在房间的设置通常都是早分隔墙交点处进行布置，同时平面刚度的疏散较为均匀，经常会出现各种梁纵、衡不管同的局面，这就造成了结构计算中难以简化为平面结构进行计算。
2.2.在设计与布局的过程中对于结构内部刚度分布较为均匀，异形柱与轻质砌体填充墙在弹性阶段都存在着一个共同的作业面，这就使得工作性能较好。
2.3、就目前的建筑工程项目而言，在施工的过程中最为常见的柱形结构主要有T形、L形、十字形等多种复杂的截面形式，其中在设计的过程中对于肢宽厚比在2.5～4.5之间，使得柱肢呈现出一种薄而狭长的结构，同时还具备着双向压弯效应明显的现象。
2.4.异形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。
三、异型柱框架结构设计中的有关问题
1.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：（1）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；（2）考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接（3）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.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，某建院的SS、SSW程序以及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。考虑到上述两种规程作为地方标准，具有一定局限性，在设计中还应注意以下几个问题
（1）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；当按短肢剪力墙模式计算可使梁配筋偏小，应适当调整配筋；
（2）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；
（3）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；
（4）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；
（5）位于L形柱角处的纵向受力钢筋为双向共用。
3.构造设计
（1）柱壁厚度和砼标号的选择
参照规范及实践经验来看，柱肢的厚度最小不少于160mm，一般常采用200mm比较合理。对于8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 C30左右，避免采用加大壁厚的方案。
（2）纵向钢筋和箍筋
纵向受力钢筋选用时，数量宜少，直径宜大，一般只要不大于Ф25均应选较大的直径减少根数，而每边钢筋的数量宜用2根，多则做两排配置。底层每边钢筋的数量也可以用3根，但穿出楼面的柱筋每边单排配筋还是不要多于2根为宜，否则节点施工困难。
纵向构造钢筋在柱肢宽较大时应该设置，以保证纵向钢筋间距不大于350mm的规范要求，因为异型柱的纵向构造钢筋比较多，因此其直径的选取也是影响经济技术指标的一项因素，根据我国钢筋砼设计规范和国外有关资料以及有关剪力墙的构造规定，笔者认为取Ф12、Ф14还是比较合理的，不必选用更粗的钢筋。
（3）轴压比限值
异形柱在单调荷载，特别在低周反复荷载作用下，粘结破坏较矩形柱严重，延性比普通矩形柱差，因此，异形柱的轴压比限值比矩形柱严格得多。《规程》根据截面类型、箍筋间距与纵筋直径比s/d、箍筋直径和抗震等级确定，在0.3～0.7之间波动，比矩形柱结构的柱轴压比限值低很多。所以，在程序试算后，应按上述条件初步确定出各柱的轴压比具体限值，并在配筋简图中仔细查看各层柱的计算轴压比是否有超限的。因为此时异形柱的实配纵筋和箍筋还是未知的，PKPM程序无法判断每个柱的轴压比具体限值，只有在轴压比超过矩形柱结构的轴压比限值时，程序才会报告轴压比超限。因此，异形柱的轴压比超限，必须逐一手工核算。
四、结束语
异型柱框架结构的平面布置比普通矩形柱框架灵活，可以较好满足建筑功能的要求，具有良好的发展前景，结构设计人员应充分了解异型柱的受力特点，正确把握设计要点，确保工程结构安全可靠，经济合理。
关键词：异型柱 框架结构 设计方法
一、概述
新世纪，国民经济的发展促使我国住宅产业蓬勃发展，与此同时人们生活水平的提高对于住宅建筑提出了新的使用要求。基于这种社会现状，传统的普通矩形框架柱由于对室内装饰和家具布置有着极大的影响而成为人们研究与探索的重点。在目前的工程项目中，如何合理的利用建筑物的室内面积，这对于住宅工程结构设计而言是一项新的要求、新理念。异形柱框架结构的应用在一定程度上满足了人们对室内空间要求，也符合住户对室内装饰与家具陈列要求，因而受到人们的广泛关注。就异形柱框架结构受力角度去分析来说，异形柱框架结构是一种博采了框架结构与剪力墙结构体系的共同优势，在平面布置中又类似于框架结构，使得柱的截面形式不拘泥于矩形，可以将柱截面设置成为各种复杂的结构形式，同时由于其在使用的时候混凝土材料应用少而刚度大，更是可以和其他的填充墙体相互配合使用，这就促使其在目前的建筑结构中受到人们的重视与关注。
二、异型柱概念与受力特点
1、异形柱概念
异形柱是随着人们对住宅、特别是高层和多层住宅平面与空间结构要求而出现的一种新的结构形式。在近年来社会发展中，随着人们生活水平的提高，无论是物质生活还是精神生活都提出了新要求，这就使得普通框架结构由于对空间的严格限制而无法满足人们新颖、个性的建筑空间要求。基于这种社会现状，人们迫切需求一种能够满足人们个性、新颖的空间要求的建筑结构形式的出现。这就促使了一种新的结构形式——异形柱框架结构的产生与应用。这种结构的出现是在承受建筑物相关荷载的同时满足居民的建筑空间要求，使得建筑空间逐步趋于多样化、个性化发展。异形柱框架结构在设计的过程中是基于建筑安全为基础进行综合性设计的过程，是将建筑的整体性与安全性作为统一的指导思想来进行全面的总结与深入的分析。
2、异形柱的受力特点
在目前的建筑工程设计中，异形柱与普通的框架结构相比较而言，存在着以下几点受力特点：
2.1.在设计的过程中，根据建筑物上部荷载需要，异形柱在房间的设置通常都是早分隔墙交点处进行布置，同时平面刚度的疏散较为均匀，经常会出现各种梁纵、衡不管同的局面，这就造成了结构计算中难以简化为平面结构进行计算。
2.2.在设计与布局的过程中对于结构内部刚度分布较为均匀，异形柱与轻质砌体填充墙在弹性阶段都存在着一个共同的作业面，这就使得工作性能较好。
2.3、就目前的建筑工程项目而言，在施工的过程中最为常见的柱形结构主要有T形、L形、十字形等多种复杂的截面形式，其中在设计的过程中对于肢宽厚比在2.5～4.5之间，使得柱肢呈现出一种薄而狭长的结构，同时还具备着双向压弯效应明显的现象。
2.4.异形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。
三、异型柱框架结构设计中的有关问题
1.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：（1）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；（2）考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接（3）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.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，某建院的SS、SSW程序以及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。考虑到上述两种规程作为地方标准，具有一定局限性，在设计中还应注意以下几个问题
（1）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；当按短肢剪力墙模式计算可使梁配筋偏小，应适当调整配筋；
（2）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；
（3）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；
（4）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；
（5）位于L形柱角处的纵向受力钢筋为双向共用。
3.构造设计
（1）柱壁厚度和砼标号的选择
参照规范及实践经验来看，柱肢的厚度最小不少于160mm，一般常采用200mm比较合理。对于8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 C30左右，避免采用加大壁厚的方案。
（2）纵向钢筋和箍筋
纵向受力钢筋选用时，数量宜少，直径宜大，一般只要不大于Ф25均应选较大的直径减少根数，而每边钢筋的数量宜用2根，多则做两排配置。底层每边钢筋的数量也可以用3根，但穿出楼面的柱筋每边单排配筋还是不要多于2根为宜，否则节点施工困难。
纵向构造钢筋在柱肢宽较大时应该设置，以保证纵向钢筋间距不大于350mm的规范要求，因为异型柱的纵向构造钢筋比较多，因此其直径的选取也是影响经济技术指标的一项因素，根据我国钢筋砼设计规范和国外有关资料以及有关剪力墙的构造规定，笔者认为取Ф12、Ф14还是比较合理的，不必选用更粗的钢筋。
（3）轴压比限值
异形柱在单调荷载，特别在低周反复荷载作用下，粘结破坏较矩形柱严重，延性比普通矩形柱差，因此，异形柱的轴压比限值比矩形柱严格得多。《规程》根据截面类型、箍筋间距与纵筋直径比s/d、箍筋直径和抗震等级确定，在0.3～0.7之间波动，比矩形柱结构的柱轴压比限值低很多。所以，在程序试算后，应按上述条件初步确定出各柱的轴压比具体限值，并在配筋简图中仔细查看各层柱的计算轴压比是否有超限的。因为此时异形柱的实配纵筋和箍筋还是未知的，PKPM程序无法判断每个柱的轴压比具体限值，只有在轴压比超过矩形柱结构的轴压比限值时，程序才会报告轴压比超限。因此，异形柱的轴压比超限，必须逐一手工核算。
四、结束语
异型柱框架结构的平面布置比普通矩形柱框架灵活，可以较好满足建筑功能的要求，具有良好的发展前景，结构设计人员应充分了解异型柱的受力特点，正确把握设计要点，确保工程结构安全可靠，经济合理。