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摘要：异形柱结构的设计可以参照一般的框架或框架-剪力墙结构来进行，但是由于异形柱结构本身具有着自身的特点，所以在异形柱的结构设计中也存在着特殊之处。本文主要结合某住宅建筑采用的异形柱结构设计案例，主要探讨了异形柱框架结构设计的主要内容等。
关键词：异形柱；框架结构；设计
1、概述
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。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，从结构受力角度来说，它博采框架加剪力墙体系之长，平立面布置近于框架结构，柱的截面形式又不拘泥于矩形，将截面积向工程轴外铺开成T形、十字形、L型等，用较少的混凝土材料，获得了较大的刚度；同时配合轻质填充墙的使用，结构重量比一般框架更轻。适中的刚度和较轻的自重，对减小地震作用很有利，是一种经济合理的抗震住宅结构体系。
下面以近期做的一个项目来探讨，某住宅公寓一期项目的8栋多层住宅，主体结构均采用钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构形式，基础采用十字交梁基础设计。采用标准层高2.8m，本项目处于设防烈度为6度的地区，且建筑属于丙类建筑，计算无需考虑地震效应，剪力墙等级为二级，场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.30KN/m2。
2．异形柱框架结构设计特点
2.1由于柱截面为异形，在双向压弯作用下，随着荷载的变化，其受压区的形状也随之变化。在某些荷载情况下，会使柱截面的受压区高度较大而表现出很大的脆性。因此异形柱的延性较矩形柱为差，在设计中应严格控制异形柱的轴压比， 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，须逐一手工核算；在满足轴压比的前提下，尽量减小异形柱的肢长，避免形成短柱。为保证柱截面的稳定性，柱的肢长与肢厚之比不应大于4。在本工程中，仅有个别柱为短柱，而柱的肢长与肢厚之比均小于4。
2.2异形柱截面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，设计时应引起重视；
2.3由于柱截面较薄，所以不应配置过多的纵向钢筋。当柱肢厚度为200mm时如（图1），每排应配置2根纵向钢筋;当柱肢厚度为250mm时，每排应配2-3根纵向钢筋如（图2）。过多的柱纵向钢筋与梁的纵筋相互交叉，将使钢筋和混凝土间的粘结强度及混凝土的浇筑质量难以保证；
2.4框架梁的截面宽度可与柱肢厚度相同或大于柱肢厚度。若二者相同，梁的纵筋应在柱筋的内侧穿过，并采取一定的构造措施；若梁宽大于柱肢厚度，梁的外侧纵筋可在柱筋的外侧穿过；
3．结构布置设计
结构布置遵循框架-剪力墙结构布置的一般原则。柱网布置尽量简单规则，刚度分布匀称，框架双向设置，使结构在纵横两个方向均有较强的抗侧力能力。宜使结构平面形状和刚度均匀对称，明显不对称的结构应考虑扭转对结构受力的不利影响，异形柱框架应双向设置，并宜纵向交联。竖向布置的一般原则：异形柱结构的竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑、内收以及楼层刚度沿竖向的突变。
在房屋的角部布置L形角柱，沿外墙设置T形边柱，在房屋的中间根据内隔墙的具体位置设置L形或十字形的中柱。由于层高为2.8m，除去0.9m高的窗台、1.5m高的窗和30厚的楼面面层，沿外墙的框架梁最大可以做到370mm高，因此在开间较大的跨度中间设置扁长的柱子，以减小框架梁的跨度。
为了保证建筑结构的整体刚度，本工程决定设置一定数量的剪力墙。最初考虑将剪力墙设置在楼梯间的周围，但由于在楼梯间内需设置管道井，这就意味着需要在剪力墙上开较大的孔洞，这样一来，剪力墙的刚度将会减小。后经研究决定，将剪力墙设置在相应空洞的位置上。异形柱肢厚的确定主要考虑以下两个因素：首先，本工程外墙的厚度为200mm，其次，虽然对于多层结构异形柱的最小肢厚可以做到150mm，但考虑到构造和施工的因素，故肢厚不宜太薄。所以设计中采用异形柱的肢厚确定为200mm，200mm对于多层结构的异形柱来说，是一个比较理想的肢厚。
本工程的层高为2.8m,最大梁高为550mm，柱的最小净高为2250mm，异形柱的肢长最大为550mm。但从本工程的计算结果来看，有个别柱的肢长为600mm，在采用550mm肢长时难以满足轴压比的要求。对于这种柱，在箍筋的构造上采取一定的措施，如全长加密箍筋等，保证异形柱满足轴压比要求。
梁的宽度与异形柱的肢厚相同，采用200mm。且墙厚也为200mm，其它的框架梁高均按梁的跨度取用适当的值，最大梁高为550mm，其跨度为6.9m。
4.结构计算
选异形柱截面尺寸时，满足规范的前提下兼顾建筑要求。结构的内力和位移需按弹性方法进行计算，并考虑抗侧力结构的共同作用。一般采用比较多的方法是先将异形柱截面换算成等惯性矩的矩形截面柱，然后再次利用常用的空间分析程序进行结构和位移的计算等内容。
设计计算内容主要包括：异形柱结构截面承载力计算、异形柱结构的延性和刚度计算等研究内容，本文将不再重点探讨此部分内容。
5主要构造措施
5.1 异形框架柱
框架柱非加密区箍筋的数量应满足受剪承载力计算值的需要，且箍筋數量不宜小于加密区的50％；箍筋间距应不大于200mm。框架柱净高与柱截面长边尺寸之比不大于4时，应沿柱全高加密箍筋，箍筋间距不应大于100mm，且箍筋的体积配箍率不宜小于1.0％。
为保证粘结强度和混凝土浇筑质量，当肢厚为200mm时，纵向钢筋每排不应多于2根，当仅配一排钢筋配筋量不足时，应多排配置，并且每排钢筋之间的净距不应小于50mm。同样的原因，柱纵向钢筋的连接宜采用对焊。由于异形柱的肢厚较薄，因而如何方便施工、保证施工质量应成为设计中考虑的一项重要内容。
5.2 梁柱节点
异形柱结构的梁柱节点构造基本与普通柱框架结构相同。但由于柱的肢厚和梁的宽度均较小，因此钢筋的构造还是有一些特殊之处。在同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，其直径不应大于25mm，且不应小于14mm；内折角处应设置纵向受力钢筋。当柱中纵向钢筋间距超过250mm时，其间应设构造钢筋，直径可用12mm，并设拉筋，拉筋间距为箍筋间距的2倍；异形柱肢厚小于200mm时，纵向受力钢筋每排不应多于2根；肢厚200mm-250mm时，每排钢筋不应多于3根，必要时可分两排设置。
本工程为避免梁柱的纵向钢筋相碰，采取如下的构造方法：梁的纵向钢筋在柱的纵筋的内侧绕过，为了避免梁纵筋受拉时产生很大的向外的张力，应使其弯折的角度尽量地小，一般不大于1/25，并在柱截面外侧梁中设2Φ8附加箍筋，用以抵消纵筋的张力。梁、柱的纵筋每排不宜多于2根，否则将使节点区钢筋过密，难以保证混凝土的浇筑质量。
6.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`。
[参考文献]
[1].JGJ 149-20065混凝土异型柱设计规程[S]。[2].CB S0010-2002混凝土结构设计规范[S]。
[3].混凝土异形柱结构技术规程理解与应用。
[4].DBJ/TIS－1S－95钢筋混凝土异型柱设计规程.[S] 。[5] DB29－16－98大开间住宅钢筋混凝土异型柱框。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：异形柱；框架结构；设计
1、概述
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。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，从结构受力角度来说，它博采框架加剪力墙体系之长，平立面布置近于框架结构，柱的截面形式又不拘泥于矩形，将截面积向工程轴外铺开成T形、十字形、L型等，用较少的混凝土材料，获得了较大的刚度；同时配合轻质填充墙的使用，结构重量比一般框架更轻。适中的刚度和较轻的自重，对减小地震作用很有利，是一种经济合理的抗震住宅结构体系。
下面以近期做的一个项目来探讨，某住宅公寓一期项目的8栋多层住宅，主体结构均采用钢筋混凝土异形柱框架-剪力墙结构形式，基础采用十字交梁基础设计。采用标准层高2.8m，本项目处于设防烈度为6度的地区，且建筑属于丙类建筑，计算无需考虑地震效应，剪力墙等级为二级，场地类别为Ⅱ类，基本风压为0.30KN/m2。
2．异形柱框架结构设计特点
2.1由于柱截面为异形，在双向压弯作用下，随着荷载的变化，其受压区的形状也随之变化。在某些荷载情况下，会使柱截面的受压区高度较大而表现出很大的脆性。因此异形柱的延性较矩形柱为差，在设计中应严格控制异形柱的轴压比， 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，须逐一手工核算；在满足轴压比的前提下，尽量减小异形柱的肢长，避免形成短柱。为保证柱截面的稳定性，柱的肢长与肢厚之比不应大于4。在本工程中，仅有个别柱为短柱，而柱的肢长与肢厚之比均小于4。
2.2异形柱截面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，设计时应引起重视；
2.3由于柱截面较薄，所以不应配置过多的纵向钢筋。当柱肢厚度为200mm时如（图1），每排应配置2根纵向钢筋;当柱肢厚度为250mm时，每排应配2-3根纵向钢筋如（图2）。过多的柱纵向钢筋与梁的纵筋相互交叉，将使钢筋和混凝土间的粘结强度及混凝土的浇筑质量难以保证；
2.4框架梁的截面宽度可与柱肢厚度相同或大于柱肢厚度。若二者相同，梁的纵筋应在柱筋的内侧穿过，并采取一定的构造措施；若梁宽大于柱肢厚度，梁的外侧纵筋可在柱筋的外侧穿过；
3．结构布置设计
结构布置遵循框架-剪力墙结构布置的一般原则。柱网布置尽量简单规则，刚度分布匀称，框架双向设置，使结构在纵横两个方向均有较强的抗侧力能力。宜使结构平面形状和刚度均匀对称，明显不对称的结构应考虑扭转对结构受力的不利影响，异形柱框架应双向设置，并宜纵向交联。竖向布置的一般原则：异形柱结构的竖向体型应力求规则、均匀，避免有过大的外挑、内收以及楼层刚度沿竖向的突变。
在房屋的角部布置L形角柱，沿外墙设置T形边柱，在房屋的中间根据内隔墙的具体位置设置L形或十字形的中柱。由于层高为2.8m，除去0.9m高的窗台、1.5m高的窗和30厚的楼面面层，沿外墙的框架梁最大可以做到370mm高，因此在开间较大的跨度中间设置扁长的柱子，以减小框架梁的跨度。
为了保证建筑结构的整体刚度，本工程决定设置一定数量的剪力墙。最初考虑将剪力墙设置在楼梯间的周围，但由于在楼梯间内需设置管道井，这就意味着需要在剪力墙上开较大的孔洞，这样一来，剪力墙的刚度将会减小。后经研究决定，将剪力墙设置在相应空洞的位置上。异形柱肢厚的确定主要考虑以下两个因素：首先，本工程外墙的厚度为200mm，其次，虽然对于多层结构异形柱的最小肢厚可以做到150mm，但考虑到构造和施工的因素，故肢厚不宜太薄。所以设计中采用异形柱的肢厚确定为200mm，200mm对于多层结构的异形柱来说，是一个比较理想的肢厚。
本工程的层高为2.8m,最大梁高为550mm，柱的最小净高为2250mm，异形柱的肢长最大为550mm。但从本工程的计算结果来看，有个别柱的肢长为600mm，在采用550mm肢长时难以满足轴压比的要求。对于这种柱，在箍筋的构造上采取一定的措施，如全长加密箍筋等，保证异形柱满足轴压比要求。
梁的宽度与异形柱的肢厚相同，采用200mm。且墙厚也为200mm，其它的框架梁高均按梁的跨度取用适当的值，最大梁高为550mm，其跨度为6.9m。
4.结构计算
选异形柱截面尺寸时，满足规范的前提下兼顾建筑要求。结构的内力和位移需按弹性方法进行计算，并考虑抗侧力结构的共同作用。一般采用比较多的方法是先将异形柱截面换算成等惯性矩的矩形截面柱，然后再次利用常用的空间分析程序进行结构和位移的计算等内容。
设计计算内容主要包括：异形柱结构截面承载力计算、异形柱结构的延性和刚度计算等研究内容，本文将不再重点探讨此部分内容。
5主要构造措施
5.1 异形框架柱
框架柱非加密区箍筋的数量应满足受剪承载力计算值的需要，且箍筋數量不宜小于加密区的50％；箍筋间距应不大于200mm。框架柱净高与柱截面长边尺寸之比不大于4时，应沿柱全高加密箍筋，箍筋间距不应大于100mm，且箍筋的体积配箍率不宜小于1.0％。
为保证粘结强度和混凝土浇筑质量，当肢厚为200mm时，纵向钢筋每排不应多于2根，当仅配一排钢筋配筋量不足时，应多排配置，并且每排钢筋之间的净距不应小于50mm。同样的原因，柱纵向钢筋的连接宜采用对焊。由于异形柱的肢厚较薄，因而如何方便施工、保证施工质量应成为设计中考虑的一项重要内容。
5.2 梁柱节点
异形柱结构的梁柱节点构造基本与普通柱框架结构相同。但由于柱的肢厚和梁的宽度均较小，因此钢筋的构造还是有一些特殊之处。在同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，其直径不应大于25mm，且不应小于14mm；内折角处应设置纵向受力钢筋。当柱中纵向钢筋间距超过250mm时，其间应设构造钢筋，直径可用12mm，并设拉筋，拉筋间距为箍筋间距的2倍；异形柱肢厚小于200mm时，纵向受力钢筋每排不应多于2根；肢厚200mm-250mm时，每排钢筋不应多于3根，必要时可分两排设置。
本工程为避免梁柱的纵向钢筋相碰，采取如下的构造方法：梁的纵向钢筋在柱的纵筋的内侧绕过，为了避免梁纵筋受拉时产生很大的向外的张力，应使其弯折的角度尽量地小，一般不大于1/25，并在柱截面外侧梁中设2Φ8附加箍筋，用以抵消纵筋的张力。梁、柱的纵筋每排不宜多于2根，否则将使节点区钢筋过密，难以保证混凝土的浇筑质量。
6.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`。
[参考文献]
[1].JGJ 149-20065混凝土异型柱设计规程[S]。[2].CB S0010-2002混凝土结构设计规范[S]。
[3].混凝土异形柱结构技术规程理解与应用。
[4].DBJ/TIS－1S－95钢筋混凝土异型柱设计规程.[S] 。[5] DB29－16－98大开间住宅钢筋混凝土异型柱框。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。