框架结构中异型柱设计的探讨

关键词 异型柱；结构布置；构造措施 

　　1 异型框架柱的结构特点 

　　1.1 受力特点 

　　柱采用T形、L形、十字形等截面形式，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；异形截面仅有一根对称轴或没有对称轴，对荷载的方向较敏感，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，应力集中严重；在异型柱中存在着多肢的情况，截面行心和剪切中心一般都不重合，受力时要靠各柱肢交点处核心混凝土协调变形和内力，这种变形协调使柱肢内产生很大的翘曲正应力和剪应力。 

　　1.2 异型框架柱的优点 

　　1）对于柱的平面布置比较灵活，复杂多变，异型柱结构的维护结构的墙都不要承担荷载，都是不承载的轻质墙。这类的墙可以随意的改动，可以根据业主的需要来达到不同的隔间要求，而且都不会影响整个建筑物的安全等问题。 

　　2）异形框架比矩形框架质量小很多，所以其抗震作用也比较好。等面积的异型柱的抗弯刚度大于矩形柱，而且异型结构梁的净跨度比较小，梁的线刚度变大，整体性变强，这就使抗震性能也随着抗侧刚度的提高也变的优秀。 

　　3）异形框架柱的配筋也可以适当的降低，因为实验表明箍筋的抗剪强度并没有完全的起作用，异型柱的结构可以根据需要选择不同性能的材料来填充，建筑物的自重就得到降低，各方面的造价费用就减少。如果业主需要还可以适当的削减墙的厚度而增大建筑物的使用面积，达到最大的使用效益和经济效益。 

　　2 异型柱框架的结构设计 

　　2.1 结构的布置 

　　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，不仅要考虑结构的合理布置，还要尽可能的使柱子分布均匀，使其具有良好的可以改造的性能。另外还应注意以下几点： 

　　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。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。 

　　2.2 设计方法 

　　现在异型柱结构设计方面国家出台了JGJ149-2006《混凝土异形柱结构技术规程》，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。在设计的时候还需考虑以下部分：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；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；为安全起见，异形柱框架梁柱节点核心区受剪承载力必须计算，以保证节点区的可靠性。 

　　2.3 框架的计算 

　　异型框架比较特殊，在截面对称轴受到作用力时，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。如果软件没有计算异型柱的部分，则可以把其按照等刚度和面积换算为矩形柱来对其分析，计算出双向内力的时候再设计异型柱截面，但是用这种方法截面的可靠性不高而且工作量也非常大。所以，为了取得准确率高，计算量也不是很大，在对其分析计算的时尽量选择带有异型柱计算功能的软件。 

　　2.4 异型柱框架的构造措施 

　　在对异型柱的构造的时候，要满足各方面的规范。根据异型柱的特点，构造措施有： 

　　柱肢的厚度最小不应少于200 mm，肢高不宜小于500 mm；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。对异型柱的配筋，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满足规范要求。对于直径的选取，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，建议取不小于Ф14就够了，但不得大于Ф25。箍筋的设置对抗震设防的影响很大，建议箍筋最小直径四级抗震可以选用Ф6（柱跟选Ф8），二三级抗震可以选Ф8，在加密区的间距为100 mm，在非加密区的间距为200 mm。在对梁截面选择过程中，首先要对异型柱轴压比进行确定，在对其截面的选择也要综合的考虑 

　　多方面因素，异型柱的最主要的功能就是满足建筑功能的需要，异型柱翼一般设计的和墙厚相等。不易过大，这样才能避免出现室内柱突出问题。 

　　3 结束语 

　　异型柱框架结构的布置比普通矩形灵活多变，能够满足建筑物很多功能方面的需求，具有很大的发展空间。 随着我国住宅企业化日趋加大，以后对结构设计会提出更高的要求，这就要求结构设计人员充分的掌握异型柱的各方面特点，正确的把握住设计要点，保证工程结构的安全可靠、经济合理，不断的完善和发展异型柱框架结构的相关设计。 

　　参考文献 

　　[1]JGJ149-2006混凝土异型柱结构技术规程[M]. 

　　[2]蔡万军，郑廷银.异型柱的应用和发展[J].钢结构，2007，1. 

　　[3]赵男，黄杨玲.异形柱结构设计的体会[J].四川建筑，2009，S1. 

　　[4]叶倩.异型柱结构设计探讨[J]工程设计，2006，20.