浅谈异形柱框架

【摘 要】异形柱框架――剪力墙结构因具有空间布置灵活的优点和优越的抗震性能，在中高层建筑中得到了广泛的应用，本文主要就它的抗震设计与性能进行了概述。

【关键词】异形柱；框架――剪力墙结构；抗震性能

0.前言

近年来，在中高层民用建筑（特别是住宅建筑）结构体系中，异形柱框架――剪力墙结构将建筑美观和使用功能的灵活性有机地结合起来，以其较好的经济效益、较佳的建筑功能、优越的抗震性能得到了广泛使用。

1.异形柱框架―剪力墙结构性能分析

异形柱框架――剪力墙结构为框架――剪力墙结构的特殊形式，其柱截面的肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm。填充墙要求采用轻质高效的墙体材料，不仅改善了建筑的保温、隔热性能，节约能源消耗，还能减轻结构自重，有利于节约基础建设投资，有利于减少结构的地震作用。异形柱框架―剪力墙结构体系是在异形柱框架结构体系的基础上，布置一定数量的剪力墙，或将剪力墙集中布置于楼层电梯间的周围形成筒体，能够增强结构的抗震性能，异型柱的受力性能比较复杂，异型柱为抗震的薄弱构件；但作为框架――剪力墙结构，本身具有两道抗震防线，剪力墙受力明确，变形能力较好，且剪力墙的纵向刚度大，按等刚度分配的原则，则剪力墙承担较大的地震荷载，设计时，除了满足计算，方案要考虑周全以外，还应满足相应的构造措施，注重延性设计。

2.异形柱框架――剪力墙结构抗震设计的几个重要问题

2.1强调概念设计优化结构方案

异形柱结构在方案阶段的抗震概念设计尤为重要，其首要问题就是选择合理的结构形式和确定可靠的传力途径。在小高层建筑中宜采用异形柱框架――剪力墙结构，剪力墙作为第一道抗震防线，异形柱框架作为第二道防线，增强结构的抗震能力。结构应设计成双向抗侧力体系，结构平面形状宜规则、对称，结构在主轴的两个方向的动力特性宜相近，在楼梯间和电梯间应合理地布置剪力墙或一般框架柱，尽量使结构的质心和刚心重合。框架纵横柱网轴线宜分别对齐拉通以形成完整的框架，柱截面肢厚中心线宜与框架梁中心线及剪力墙中心线对齐，尽量避免由于二者中心线偏移对受力带来的不利影响。

抗震设计时，结构两主轴方向均应布置剪力墙且剪力墙的间距不宜过大，当剪力墙之间的楼板有较大开洞时，间距应适当减小。对异形柱结构中处于受力不利部位的异形柱，例如结构平面柱网轴线斜交处及平面凹进不规则等部位，可采用一般框架柱，以改善结构的整体受力性能。结构体系沿竖向的刚度变化应均匀，避免过大的外挑和内收，造成结构的刚度突变，产生薄弱层塑性变形集中现象。

2.2注重延性设计

a、控制轴压比。

对于框架――剪力墙结构，柱子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，且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降，因异形柱结构剪力中心与截面形心不重合，剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝，产生腹剪破坏，导致异形柱脆性明显，延性普遍低于矩形柱，因而对异形柱的轴压比要严格控制。异形柱在不同轴压比时柱端加密区对箍筋最小配箍特征值的要求，以保证异形柱在不利弯矩作用方向角域时也具有足够的延性。《混凝土异形柱结构技术规程》中异形柱箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值所示，与矩形柱的最小配箍特征值有着较大的差异。

为了保证异形柱结构的延性要求，在抗震设计中，保证柱满足轴压比的要求，就必须满足以下条件：一是应优化柱网布置，合理分配柱的负载范围，一般柱网尺寸取4―6m较优；二是提高混凝土的强度等级，同时有利于提高节点核心区抗剪；三是保证柱有足够大的截面尺寸，在不影响建筑美观的前提下，建议加厚柱肢，也有利于解决肢厚过薄而造成的粘结强度不足及节点核心区钢筋设置的困难；四是控制建筑高度，降低底层异形柱的轴力。箍筋直径越大，加密区间距越小，轴压比越可放宽，这是因为提高配箍率可以增加柱子的延性，也可有效增加异形柱的抗剪承载力。在高轴压比的情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，故设计时一般控制柱子的轴压比。

b、考虑地震作用方向对异形柱正截面承载力的影响。

等肢T形截面有2根对称轴，等肢L形截面有1根对称轴，而不等肢L形截面没有对称轴。由截面的几何特征可知，等肢T形截面柱的00和9O0形心方向轴与等肢L形截面柱的450和1350形心方向轴分别是各自的强轴和弱轴，惯性矩分别为最大和最小值。而截面惯性矩近似反映其刚度的大小，所以与矩形柱结构相比，T形、L形柱在不同的方向上的刚度差异较大。且水平地震作用是按抗侧刚度分配，由于不同方向各个柱之间的刚度相对比例不同，所分配的地震作用也就有比较大的差别。因此，地震作用的方向角对异形柱的双偏压正截面承载力有重要影响。当异形柱结构中混合使用等肢异形柱与不等肢异形柱时，则差异情况更为复杂。但由于6度、7度（0.10g）抗震设计时，异形柱的截面设计一般是由构造配筋控制，所以《混凝土异形柱结构技术规程》4.2.4条第1款规定：“一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担，7度（0.15g）及8度（0.20g）时尚应对与主轴成450方向进行补充验算。”

2.3对轴压比较大的异形柱增设暗柱

带暗柱异形柱与普通异形柱相比，承载力及延性和耗能能力显著提高，因此其抗震能力有较大提高，带暗柱异形柱塑性铰域高度较高，在破坏过程中暗柱有明显的钢筋混凝土核芯束的力学特征。在塑性铰发展过程中，暗柱纵筋也从屈服发展到极限变形状态，充分发挥了其抗力作用。

异形柱中暗柱尺寸一个方向为柱肢厚度，另一方向宜取柱肢厚度为0.5～1.0倍，暗柱纵筋直径宜等于异形柱受力纵筋直径或取用小一号的直径，异形柱全部纵向受力钢筋的配筋率，非抗震设计时不应大于4%；抗震设计时不应大于3%。暗柱箍筋加密区宜与柱端箍筋加密区一致。箍筋直径及间距宜与柱端箍筋直径及间距相同，异形柱（含暗柱）箍筋加密区的箍筋最小配箍特征值，可按《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ149――2006）中的数值取值，异形柱箍筋加密区的箍筋最大间距和最小直径可按数值取值。

总之，相对于其他框架一剪力墙结构而言，异形柱框架――剪力墙结构的地震作用增加幅度不太，但其侧移明显降低，故其综合抗震性能还是理想的，只要将上述设计要点控制好了，做到符合相关规范和要求，一定能更好的将异形柱框架一剪力墙结构应用于人们生活中。 [科]

【参考文献】

[1]GB50011―2010建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ149―2006混凝土异形柱结构技术规范[S].