浅谈异形柱结构住工程中的应用

摘要：随着社会的发展和科技的进步，居民对于住房的舒适、美观要求越来越高，因此，应现代住宅建筑设计布局要求，将异形柱能代替矩形柱，便是这种讲究中所产生的结构形式。本文认真分析了异形柱设计、计算方法和在建筑工程中的运用并提出了自己几点看法。

关键词：异形柱；异形柱设计；运用

引言：随着人们对房屋平面与空间布置的要求越来越高，从而对建筑设计布局有了新的要求。普通框架结构的露梁露柱对建筑平面与空间的分隔己越来越不能被房屋使用者所接受，因为它直接影响到室内家具的布置及空间的使用。建筑师要求结构工程师配合解决这个问题，因而在框架结构中以异形截面柱代替矩形柱。在此，笔者拟与广大设计人员共同探讨一下混凝土异形柱框架结构的设计与应用。

1.异形柱结构特点

1.1由于截面的这种特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异；

1.2对于长柱（H/h>4）可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。而对短柱（H/h

1.3异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显；

1.4特别是异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析[2]，异形柱的破坏形态为：弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等，影响其破坏形态的因素有：荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比（剪跨比），配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂，设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。

2.异形柱结构构造做法

2.1异形柱截面各肢肢高与肢厚之比不应大于4，且肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm。

2.2框架梁截面高度Hb可按（1/10～1/15）L b确定（Lb为计算跨度），且不应小于 400mm.梁的截面宽度Bb不宜小于1/4Hb及200mm。

2.3异形柱的混凝土强度等级不小于C25和不大于C50，这是由于异形柱截面尺寸薄，混凝土强度等级小于C25的话可能达不到其与钢筋之间保证粘结的要求。强度等级为C50以上的异形柱构件及结构科学研究相对较少，本文不予以讨论研究。

2.4异形柱截面上受力纵筋的位置如图所示。试验和模拟计算表明这些位置上的纵筋均发挥大的作用，特别是当轴压较大时处于各肢内折角处的纵筋的作用不容忽视，一定要作为受力筋处理。

2.5异形柱结构框架梁截面高度抗震设计时不应小于400mm

3.异形柱在建筑工程中的运用

笔者在以往所参与的工程设计中所碰到的异形柱结构，主要用于多层住宅建筑，在实际工程中的几点体会供大家探讨。

3.1结构体系的选择

《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149-2006规定，抗震设防烈度为6度的地区，异形柱结构适用的房屋最大高度24米；当房屋的高度小于21m时，若选用异形柱框架结构体系，此时异形柱框架的抗震等级为四级，由于规程对四级抗震等级的异形柱框架限制条件较少，结构设计较易满足规程各项要求。

当某一住宅房屋高度小于24m、大于21m时，仍可选用异形柱框架结构体系，框架梁支座处钢筋有可能会较密；若取贯穿中间节点的梁纵向钢筋直径>20mm，则要求异形柱肢长度>600mm，此时异形柱较易形成短柱。对于此种情况，若采用异形柱框架-剪力墙结构，剪力墙抗震等级为三级，异形柱框架的抗震等级为四级，也许更经济合理。

3.2异形柱的运用条件

钢筋混凝土异形柱，是指截面形式除矩形、圆形以外的柱，如“t”形边柱、“十”字形中柱、“l”形角柱等。钢筋混凝土异形柱框架结构是指仅由异形柱作为竖向构件组成的结构体系。它的使用条件本着安全、技术先进、经济合理的设计原则，异形柱框架结构形式适用于地震烈度7度及以下地区的民用房屋，尤其适用于带错层越层的多层复杂住宅和小高层。

3.3由于在实际工作中，所布置的往往不全是异形柱，其中经常会混合采用墙肢相对较长的剪力墙。在这类结构的计算模型输入时，有的设计人员往往把异形柱按短肢剪力墙输入，有的甚至将异形柱框架结构全部按短肢剪力墙输入，这样势必造成一些计算误差，而且发现有些构件的计算误差会影响结构、构件的安全。不同的计算模型无论对异形柱结构体系的自振周期、结构侧移，还是基底弯矩和剪力、梁柱内力等都会产生很大的影响。

4.异形柱的运用总结

4.1随着异形柱在工程中的应用推广，有些人认为：既然有异形柱体系便应该是全部柱子均采用异形柱。其实，异形柱只是为了适应建筑上较高的使用要求而采用的，它多布置在建筑物的周边，而中部仍然采用矩形柱较为安全合理。

4.2对框架结构，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，且轴压比又是影响混凝土柱延性的一个关键指标。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。在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已经很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，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要严格控制。

4.3不同的计算模型无论对异形柱结构体系的自振周期、结构侧移，还是基底弯矩和剪力、梁柱内力都会产生很大的影响。异形柱避免了框架柱在室内凸出，少占建筑空间，改善建筑观瞻，为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性；同时结合墙体改革，采用保温、隔热、轻质、高效的墙体材料作为框架填充墙及内隔墙，代替传统的烧结普通砖墙，贯彻了国家关于节约能源、节约土地、利用废料、环境保护方面的政策，在当前具有非常重要的意义。

5 结语：总之，异形柱框架结构有着较大的市场需求，在设计中根据其受力特点，充分了解其破坏机理，选用合理的柱网布置形式，正确掌握计算机分析方法加上人为分析，合理配置截面钢筋，使结构具有可靠的安全保证。

参考文献：

[1] 田剑峰. 对异形柱结构设计的几个问题的分析[j]. 四川建材， 2010，（02）

[2] 赵永生. 异形柱结构体系的应用及设计[j]. 科技创新导报， 2009，（17） [3] 吴春萍，许有安. 异形柱结构在工程中的应用与分析[j]. 安徽建筑工业学院学报（自然科学版）， 2008，（02）