框架柱范文
框架柱篇1
关键词：钢框架柱；无支撑框架；弱支撑框架；强支撑框架；计算长度系数；弹性分析
Abstract: In the design of steel frame, in order to carry out the stiffness, stability checking calculation of frame column, column length must be calculated by the formula, calculation lengths of a column should equal the height multiplied by the layer of post calculating length coefficient. According to the "Specification for design of steel structures" 5.3.3 to determine the calculation, changes in the scope of calculation length coefficient of steel frame of steel column are very large, so how to determine the calculation length coefficient of steel column is very important. This paper simply summarizes how to determine the design method of calculating length coefficient of steel frame columns and column.
Keywords: steel frame column; no support frame; weak support frame; strong support frame; the calculation length coefficient of elastic analysis;
中图分类号：TU2
钢框架结构分为无支撑的纯框架和有支撑框架。其中有支撑框架根据抗侧移刚度的大小，分为强支撑框架和弱支撑框架。对应不同的框架类型，采用不同的计算长度系数公式。那么我们首先应该确定框架的类型。
无支撑的纯框架指未设置任何支撑的框架结构，它的失稳形式属于有侧移失稳。强支撑框架指以无侧移模式失稳的框架。弱支撑框架是指抗侧移构件的抗侧刚度不足以使框架发生无侧移失稳的框架，它的失稳形式同样属于有侧移失稳。此处，又引出了另外一个概念，框架的失稳模态。那么如何判断结构的失稳形式呢，《钢结构设计规范》的条文解释对此做了说明，在无侧移失稳时，横梁两端的转角大小相等方向相反；有侧移失稳时，横梁两端的转角大小相等而且方向亦相同。
根据《钢结构设计规范》，当支撑结构（支撑桁架、剪力墙、电梯井等）的侧移刚度（产生单位侧倾角的水平力）满足公式
的要求时，为强支撑框架。当支撑的侧移刚度不满足上述公式时，为弱支撑框架。和分别为第i层层间所有框架柱用无侧移框架和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和。本公式的本意是对支撑部分和框架部分分担水平力的比例进行界定。当支撑抗侧刚度足够大，即满足本公式，框架分担的水平力可以忽略不计，框架因不承担水平力而无侧移。对于有侧移框架和无侧移框架的定义，其实是针对双重抗侧力结构体系中的框架，根据其水平力的分担比例来划分的。多、高层建筑通常采用框架+支撑的双重体系。在双重抗侧力结构中，框架承受的总水平力足够小，则可以假设所有的水平力都由支撑机构承受，框架本身不承受水平力，从而这个框架可以看作无侧移框架即强支撑框架。不满足上述规定的框架—支撑结构体系中的框架，则是有侧移框架即弱支撑框架。
下面，我们再来判别框架柱的设计法。目前，规范规定的框架柱的设计方法主要有一阶弹性分析法和二阶弹性分析法。一阶弹性分析法不考虑框架结构变形对内力产生的影响，根据未变形的结构作为计算图形而建立静力平衡条件，计算框架由各种荷载产生的内力，然后将框架柱作为单独的压弯构件进行设计。此时所得变形和荷载间呈线性关系，需要对框架柱进行一阶线性内力分析和稳定计算。而框架在平面内的稳定计算则用框架柱的计算长度来考虑与柱相连构件的约束影响。因此，一阶分析只是一种简化的近似方法。
二阶弹性分析设计法是以变形后的体系作为计算图形而后建立平衡条件，即考虑结构变形对内力产生影响的效应（二阶效应）。其荷载与所得变形间呈非线性关系，框架在平面内的稳定计算采用框架柱的实际几何长度。在进行二阶分析的过程中，结构构件被假定为无缺陷的理想构件。所以，为求得真实的结构内力，尚需考虑存在于结构中的各种缺陷，如框架柱的安装误差、初弯曲和残余应力等。研究认为，这些缺陷可以综合起来由附加的假象水平力（亦称概念荷载）统一体现。因此规范规定，应在每层柱顶附加假想水平力。 研究表明，影响假想水平力的因素很多，包括材料强度、框架层数、每层内柱数和柱长细比，并给出相应的修正系数。综上，。其中，为第楼层的总重力荷载设计值。为框架总层数，研究表明，框架层数越多，构件缺陷的影响越小，且每层柱数的影响亦不大。为钢材强度影响系数，强度越高，则截面相对越小，使位移增大，故影响越大。
对于无支撑纯框架，应按有侧移框架考虑，但也需要先用《钢结构设计规范》第3.2.8条判断框架是否宜用二阶分析。当符合式时，说明框架结构的抗侧移刚度较小，不可忽略侧移对内力分析的影响，宜采用二阶分析，以提高精确度。否则，可采用一阶分析，按一阶弹性分析方法计算框架柱的计算长度系数。
对于强支撑框架，按一阶弹性分析法计算。框架柱的计算长度系数按《钢结构设计规范》附录D无侧移框架柱的计算长度系数确定。其值取决于和。、分别为相交于柱上端、柱下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值。当横梁与柱铰接时，取横梁线刚度为零，即=0。当横梁的惯性矩很大，即，或时，它近似于横梁与柱刚接，取=10。对于底层框架柱，当柱与基础铰接时，取=0，当柱与基础刚接时，取=10。
对于弱支撑框架，可直接计算出框架柱的轴压杆稳定系数进行计算。。式中，、分别是框架柱用《钢结构设计规范》附录D中无侧移框架柱和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴心压杆稳定系数。
综上，我们在进行钢框架柱的设计时，应先判断出框架类型。对于无支撑框架，应先分析宜采用一阶弹性分析法还是二阶弹性分析法。当采用一阶弹性计算内力时，框架柱计算长度系数按有侧移框架柱确定；当采用二阶弹性分析计算内力时，框架柱计算长度系数取1.0，但每层柱顶应附加假想水平荷载。对于强支撑框架，按一阶弹性分析法计算，框架柱的计算长度系数按无侧移框架柱的计算长度系数确定。对于弱支撑框架，则直接计算出框架柱的轴压杆稳定系数进行计算。
参考文献
1，《钢结构设计规范》（GB50017-2003），中国计划出版社
2，《钢结构设计手册》（上册）（第三版），中国建筑工业出版社
3，崔佳、魏明钟、赵熙元、但泽义，《钢结构设计规范理解与应用》，中国建筑工业出版社
框架柱篇2
关键词：异形柱；框架结构；设计
引 言
近年来，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，它博采了框架及剪力墙结构体系的优点，它将是今后住宅结构体系的发展方向之一。
1、异型柱框架结体系主要技术优点
柱肢厚通常用180-200mm，肢厚基本与填充墙等厚，框架梁宽也同墙厚.室内不凸出梁柱，便于使用美观，同时还增加了房间的使用面积，比相同形式的砖混结构可增加约8-10％的使用面积；围护墙通常是非承重的轻质隔墙，原则上允许任意穿墙打洞，甚至拆除重砌，这使得房间布置更加灵活，能更好地实现建筑功能的要求；虽然增加了施工难度，但因扩大使用面积，加之自重较轻，减少了基础费用，综合考虑总体经济效益较好。
2、异形往结构设计的一般规定
2.1 结构布置
与一般钢筋混凝土结构相比，异形柱架结构在结构布置时应注意以下原则：
2 1.1 结构平面宜尽量对称，使平面和刚度均匀，2个主轴方向应协调布置，避免扭转带来的不利影响；如果有明显的不对称，应考虑扭转对结构受力的不利影响。
2.1.2 异形框架宜双向设置，框架柱相对齐，框架梁应拉通，避免纵横框架梁相互支撑，使结构形成空间受力并具有足够的承载能力、刚度和稳定性，同时具有良好的整体性和较好的抗震性能。
2.1.3 竖向布置应力求体型规则、均匀，避免过大的外挑和内收，防止楼层刚度沿竖向的突变，尽量避免错层。
2.2 适用高度、高宽比及长细比限制
异形柱框架在7度抗震设防烈度区，要求房屋高度≤35m，层数
2.3 抗震等级
异形柱框架结构应根据结构类型、房屋高度及抗震设防烈度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。
3、异形柱的结构计算方法
目前，异形柱的结构设计还没有统一的国家规范，仅有两部地方性法规，即广东省和天津市的标准就可供参考。异形柱不宜用套用普通柱的配筋公式，也不宜直接用剪力墙的配筋公式，一般来说，有以下几种计算方法。
3.1 直接计算法
根据国内外的部分实验结果，进行统计分析，拟合成经验公式。即按T型截面分别计算出纵向力作用x轴及y轴，考虑相应的初始偏心距增大系数后，按仅考虑曲肘边纵向受力钢筋计算的偏心受压构件所能承载的纵向力Nx和Ny，然后以初始偏心距的截面边长的比值为参数进行修正。
3.2 等代矩形柱计算法
3.2.1 将异形柱截面折算成惯性距相等的矩形截面而且将等代矩形柱的形心置于异形柱两肢肝轴线的交点上，
3.2.2 将其输入空间分析程序(如TBSA)进行位移和内力计算，可简化工程量。
3.2.3 以上电算输出的是作用在等代矩形杆形心处的组合内力，需将其回归到单肢截面的形心处。这样每天单肢就可按其各自的组合内力进行正、斜截面的配筋计算。
这样用面积等效换算作抗压抗剪分析的方法在工程应用较多。但用这种方法计算时应明确的是：按矩形柱计算时得出的内力要转换到异形柱上断面形心的位置。然后按矩形柱计算陪配筋；按矩形柱得出的轴压比应乘以矩形柱断面面积与异形柱断面而积之比值才是异形柱的轴压比。
3.3 先配筋再复核法
对于有经验的设计人员，在参考一些相关算例的前提下，可以先对异形柱配筋再复核截面就显得更为简便，截面复核时可分x轴和y轴均按T型截面分别复核。不论是哪种计算方法，都可以参与GB(50010-2002)混凝土结构设计规范有关偏心受压构件的内容来进行计算。
4、异形柱框架结构的计算要点
4.1 剪跨比的限制
剪跨比是反应柱截面所受弯矩与剪力相对大小的一个参数。是影响框架柱破坏形态的最重要的因素。控制剪跨比即控制柱净高与柱截面肢长之比。由于异形柱的抗剪性能差，选择异形柱截面时，为避免出现短柱。
4.2 轴压比的限制
它是影响柱破坏形态和变形能力的另一个重要因素。有关研究结果表明：轴压比对异形柱的影响远远超过对普通矩形柱的影响，为保证异形柱的延性，必须严格控制轴压比，柱应具有足够打的截面尺寸，以防止出现小偏压破坏，并应满足抗震要求，同时避免长细小于4的短柱。由于异形柱的截面积比具有相同抗弯刚度的矩形柱小，因此用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱。
4.3 主筋配筋率及配箍率的调整
轴压比控制值的调整，使计算得出的矩形柱配筋值一般均较小，用于异形柱截面配筋时比值应予以放大。考虑到异形柱自身的受力特点，外由于异形柱较普通柱易于开裂的特点，设计时以普通框架柱的构造体积配箍率0.8％-1.2％为依据，异形柱的配箍率取其上限，并且配箍形式选用矩形复合箍筋。
4.4 抗震调整系数的选取
考虑地震作用组合的异形柱，其截面承载力应除以承载力抗震调整系数。对于正截面承载能力，取0.8；对于斜截面承载力0.85。
5、异形柱结构提高延性、防止粘结破化的措
由于异形柱的肢厚都很小，往往同框架梁的宽度一样宽，所以，它对梁纵筋的锚固能力比普通矩形柱差。因此，异形柱就诶狗框架梁贯通中柱的纵向钢筋直径要求不应大于该纵筋方向柱肢高的1／30，而普通矩形柱框架的要求仅为1／20，从避免出现短柱的角度来说，异形柱的肢高短一些为好。但是，从框架节点对受力纵筋的锚固粘结来说，有要求肢高稍长一点为好。所以，兼顾两个方面的原因，实际采用的柱肢高一般在500-700mm之间，既可以解决梁纵筋直径可在16-22mm(柱肢高的1／30)之间选用的构造要求，又可解决避免出现短柱的要求。
结束语
框架柱篇3
关键词：异形柱；框架结构；抗震规范
Abstract: On the basis of introducing the steel reinforced concrete special shaped column frame structure characteristics and design calculation method ,combined with “the concrete special-shaped column technical regulations " ( JGJ149 - 2006 ) and " the buildings seismic design code " ( GB 50011 - 2010 ), this paper discusses on the special-shaped column frame structure design special regulations and requirements.
Key words: special-shaped column; frame structure; seismic design code
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 概 述
近年来，随着人们物质文化生活水平的提高，人们对住宅建筑使用要求也在日益提高。当今人们对住宅建筑，除了满足最基本的功能要求外，对室内的美观及使用的舒适度要求也越来越高。普通的矩形框架柱一般都比填充墙体要厚，凸出的柱角很大一部分露在房间内部，使室内布置和家具摆设受到一定的限制，特别是小面积住宅更显影响。此外，外露的柱角也会影响、减少建筑的有效使用面积。普通剪力墙结构虽然不会出现“柱楞”，但其对建筑空间的严格限定与分隔，使建筑空间不能灵活改变。人们普遍希望住宅既能像剪力墙结构一样房间内部四角平整光滑、整齐美观，又能像框架结构一样，可拆除填充墙体，灵活布置房间内空间，于是异形柱框架结构便应运而生。
2异形柱框架结构的特点
2.1异形柱截面形式不同于普通框架柱的方形、矩形、圆形，而通常为“L、T、+”等异形柱截面，其截面各肢的肢高肢厚比不大于4。异形柱各肢肢长可能相等，也可能不相等，但提倡采用等肢异形柱。当不得不采用不等肢异形柱时，柱两肢的肢高比不宜超过1.6。异形柱在满足受力的前提下，肢厚宜与相连填充墙等厚，若比相连填充墙体厚，出现柱楞，则将失去美观、使用方便的基本意义。
2.2 与普通框架相比，异形柱框架结构总体侧向刚度较小，竖向整体显得较柔。异形柱截面有一根对称轴或无对称轴，对荷载方向较敏感，抗扭刚度较差，因此异形柱抗扭能力较普通框架差。异形柱框架中的梁柱截面较薄，施工时不易捣实，再加上梁柱交接处应力集中，削减了节点核心区的体积，使节点抗剪承载力降低。
2.3 异形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，还应综合考虑自身的特点，注意以下几方面的问题：
2.3.1 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；
2.3.2 考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接；
2.3.3 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，
2.3.4 异形柱应重点布置在房屋中影响使用的墙角部位，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。这样兼顾了使用和安全两个方面，充分发挥了异形柱使用和受力的特点。
3异形柱框架结构设计方法
异形柱框架结构设计已有了一段时间，通过了多年的实践之后，现已经颁布了统一的国家规范。异形柱不宜套用普通柱的配筋公式，也不宜直接用剪力墙的配筋公式，一般来说，异形柱的计算方法遵循以下规则：
3.1 确定结构布置形式
异形柱框架结构一般采用规则的结构方案，这个是为了满足抗震概念的设计要求。规则结构有利于减少偏心，刚度和承载力均匀分布的优点。当根据建筑功能需要设置底部大空间时，可通过框架底部抽柱并设置转换梁，形成底部抽柱转换层的异形柱结构。不落地的框架柱应直接落在转换层主结构上。托柱梁应双向布置，可双向均为框架梁，或一方为框架梁，另一方为托柱次梁。
3.2 确定结构抗震等级
对于有抗震设计要求的异形柱框架结构，应该根据抗震设防烈度和房屋高度确定结构的抗震等级，并据此对其进行相应的结构验算、设置构造措施。
3.3 极限状态设计
对于居住建筑，其异形柱框架结构的安全等级应采用二级，设计使用年限不应少于50年。结构计算应该进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算和验算。应根据结构的地震作用，竖向荷载，风荷载的最不利效应组合对异形柱进行正截面、斜截面、梁柱节点承载力进行验算。
3.4 结构分析模型和计算
利用弹性方法计算异形柱框架结构在竖向荷载、风荷载和多遇地震作用下的内力和位移。框架梁及连梁等构件可考虑在竖向荷载下梁端局部塑性变形引起的内力重分布。异形柱框架结构应采用空间杆系模型或其他组合有限元等分析模型。计算其结构内力及位移时，可假定楼板在其自身平面内为无限刚性，并应在设计中采取措施保证楼板平面内的整体刚度。
3.5 截面计算
异形柱框架结构的异形柱应进行双向偏心受压正截面承载力计算、双向偏心受拉正截面承载力计算、斜截面受剪承载力计算以及梁柱节点核心区受剪承载力计算。当处于抗震地区时，应考虑地震作用组合的影响。
4结合《异形柱规程》及《抗震规范》探讨异形柱框架结构设计的特殊规定、要求。
4.1 异形柱框架结构的最大适用高度
由于异形柱框架结构是一种较新型的结构形式，只经过十余年的实践。综合考虑现有的理论研究、实验研究成果及设计施工经验，其房屋适用的最大高度较一般的混凝土框架结构有所降低。现就将《混凝土异形柱技术规程》与《建筑抗震设计规范》对比如下:
4.2异形柱框架结构的抗震等级
由于异形柱框架结构的抗震性能相对于普通混凝土框架结构房屋较弱，异形柱框架结构的抗震等级相对也交严格，相应《混凝土异形柱技术规程》的抗震等级分类也较《建筑抗震设计规范》更为详细，现就将《异形柱规程》与《抗震规范》有关于抗震等级分类的对比如下表2、表3:
当为7度(0．15g)时，建于Ⅲ、Ⅳ类场地的异形柱框架结构，应按提高一个级别采取抗震构造措施，按“表3”中括号内所示的抗震等级形式来具体表达。
4.3 异形柱框架结构的水平位移限值
由于异型柱框架结构的特殊性，《异型柱规程》对异型柱框架结构的弹性层间位移角限值也较《抗震规范》严格，现比较如下：
（表中括号内的数字用于底部抽柱带转换层的结构）
5 结束语
异形柱框架结构有着较大的市场需求，广大建筑结构设计人员应积极地去理解及应用《混凝土异形柱技术规程》。只有理解异形柱框架结构的受力破坏机理，选用合理的结构平面布置，正确掌握规范进行计算分析、截面配筋设计和处理好一系列的结构构造，才能保证设计出来的异形柱框架结构安全、可靠。
参考文献
【1】JGJ149—2006, 《混凝土异形柱技术规程》。
【2】GB 50011—2010, 《建筑抗震设计规范》。
【3】2007年4月1日, 《混凝土异形柱结构技术规程理解与应用》，严士超。
框架柱篇4
关键词：异型柱设计方法 框架计算
Abstract: The layout of the column frame than the ordinary rectangular flexible, able to meet the needs of the building functions, with much room for development. This paper describes the advantages of the framework shaped columns, and some problems in the design of the analysis and discussion to better application of the framework shaped columns.
Key Words: shaped pillar, design method, framework calculation
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：
1概述
近年来，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。普通框架结构露梁露柱的缺点已经不能满足人们对住宅平面和空间的要求，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，它博采了框架及剪力墙结构体系的优点，它将是今后住宅结构体系的发展方向之一。
2异型框架柱的优点
2.1柱的平面布置灵活多变，异型柱结构的围护墙都是非承重的轻质隔墙，原责上可以随意穿洞。甚至拆除重砌。受建筑功能的限制较少，可满足业主对大开间建筑的需要。
2.2异形框架比举行框架质量小很多，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。
2.3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，板箍筋的最大应力在核心区只为箍筋屈服强度的35％。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。
4．异型柱框架的使用能在建筑结构设计中，有效地解决房屋超高、超层问题。比如结构规范中规定，处于7度区的砌体结构不能达到35m的高度，可当我们使用了异型柱结构以后，在7度抗震设防区房屋最大高度是可以达到这个高度的。
5．隔声、隔热效果优于砌体结构，改善了建筑物的物理特性。
3异型柱框架的结构设计
3.1结构的布置
异型框架结构的布置方面，设置异型柱的隔墙交叉点来达到要求。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。对跨度也要合理的调整，在主卧室和客厅不要设置梁。如果在这些地方真的不能避免的要设置梁，可以在板内设置暗梁。在有阳台的卧室或者客厅时，可以向阳台两侧外伸异型柱的翼柱。如果结构单元墙哦楼梯间不在一个轴线位置，在对局部应力解决的时候，要设置T、L、Z型柱。在一个单元，尽量设置矩形柱，如果可以设置。如果在建筑上要有柱子错位的要求，为了避免在柱变换较多的楼层可能形成薄弱层，并且对下层柱产生较大的偏心弯矩，而对变截面处形成大的应力集中，尽量不采用下收上扩的形式，而在上层收。为了加强刚度可以把电梯和四周连接成筒，对平面刚度的对称也要注意。刚度分布如果不均匀，在结构计算的时候要考虑因扭转耦联造成的影响。
3.2设计方法
现在异型柱结构设计方面国家还没有统一的规范，只有天津和广东两个省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。在设计的时候考虑到上述仅仅是地方的标准，则还需考虑一下部分：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，对抗震等级三级及二三级以上的结构，应对节点进行计算，以保证节点区的可靠性。
3.3框架的计算
异型框架比较特殊，在截面对称轴收到作用力时，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。
3.4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：
从结构体系方面，对设计理念要严格把我，努力做到刚度均匀，结构平面规整，构件传递作用力明确直接，结构也尽量不要有错层；柱的轴压比应满足规范中的要求，并应当适当修改；其截面尺寸的肢厚要小于180mm，而肢长要大于其四倍；而且对混凝土强度等级也有要求，其不低于C2；对异型柱的配筋时，箍筋宜沿全高加密，箍筋间距不大予100mm，直径不小于8 mm，纵向受力钢筋宜采用Ⅱ级钢筋，直径不小于16mml，箍筋宜沿全高加密；基础埋深比较大，底层做为停车库或者商店或者基础梁设置的比较浅的时候，可以把底层柱设计成矩形结构，可避免异型柱过短的问题，还能抵抗由于水平力作用下导致的应力集中现象；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考虑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后相等。不易过大，这样才能避免出现室内柱突出问题。
结束语
随着人们生活水平的提高，对住宅的要求也越来越高，普通的住宅结构已经满足不了人们的需求。异型框架柱做为新型的结构得到了广泛的使用。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]李鑫 异型柱康佳结构设计探讨[J] 科技致富向导 2010（19）
[2]9―16―98大开间住宅钢筋混凝土异型柱框架结构技术规程
[3]赵岩松异型柱框架在多层住宅设计中的应用[J]中国高新技术企业 2009（10）
[4]赵男 黄杨玲 异形柱结构设计的体会[J]四川建筑2009 (S1)
框架柱篇5
关键词：异形柱 结构设计 平面布置
中图分类号：TB482.2 文献标识码：A 文章编号：
异形柱结构是采用T 形、L 形、十字形等截面的异形柱代替一般框架柱作为竖向支承构件而构成的结构，在工程设计中可根据建筑设计对建筑功能及建筑布置的要求，在结构的不同部位,采取不同形状截面的异形柱。
1异形柱的结构特点
（1）由于异形柱采用T形、L形、十字形等截面形式，所以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。异形柱由于多肢的存在，其剪切中心与截面形心往往是不重合的，且在平面范围之外，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，即产生腹剪裂缝，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。
（2）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表明，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 异形柱的结构平面布置
（1）在异形柱结构的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀；结构平面布置应减小扭转效应的不利影响，在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移分别不宜大于该楼层两端相应平均值的1.2倍，不应大于该楼层两端相应平均值的1.4倍；结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比不应大于0.85；异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构均应设计成双向抗侧力结构体系。异形柱结构的框架纵横柱网轴线宜对齐拉通；异形柱肢截面厚度中线与梁及剪力墙中线宜对齐重合；异形柱结构不应用于单跨框架结构。
（2）柱布置时，宜规整对齐，并按“密柱小梁”的布置原则，平面节点（轴向交叉点）应尽量设柱，避免主次梁搭接，柱间距一般在3～6m之间取值（柱网尺寸不应大于6.0mX6.0m），柱应双向拉结，以形成双向刚接框架。
（3）对于底层大空间的异形柱框架体系，转换层下的支承柱不允许采用异形柱，应全部采用矩形柱。对底层架空层抽柱形成转换层的情况，要求楼板厚度≥150mm；上层异形柱与下层矩形框架柱面积比宜接近1；上层异形柱与下层矩形柱的重叠面积不应小于2/3.
（4）在结构平面布置时，有时因为建筑布局的功能和美观，只能设置“一”形柱，且仅能保证一个方向有框架梁通过，此时在另一方向应沿柱肢宽增设暗梁，来保证柱平面外的刚度与稳定，且“一”形柱的宽度不应小于300。
3 异形柱框架结构设计
（1）轴压比控制
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，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很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，必须对异形柱的轴压比进行严格控制。
（2）“Z”形柱的设计计算
工程中经常遇到“Z”形柱的情况。《钢筋混凝土异形柱结构技术规程》未将“Z”形柱列入，在设计计算时可以在PMCAD输入时将其按2个“L”形柱来输入，并进行内力及配筋计算。因为“Z”形柱受力较大时易在中间肢劈开。劈开后(极限状态)其受力接近于2个“L”形柱，按2个“L”形柱处理较为合适。
（3）异形柱框架的计算
由于异形柱截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平面假定分析，按混凝土设计规范计算。框架柱水平力较小，如按一般偏压柱计算，误差较小，此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大，且水平力作用在非主轴主向，则翘曲应力不容忽视。按平截面假定误差较大，则应对异形柱框架结构进行有限元分析，以决定内力和配筋的位置和大小。在进行内力计算和配筋计算时，宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。
4异形柱结构的配筋及绘图
（1）在正确的结构选型及计算后，截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点，柱肢端部会出现较大应力，加上梁作用于柱肢上应力的不均匀，一般越靠肢端应力越大，对柱肢形成偏心压力，进一步加大肢端压应力。因而在异形柱配筋时，应在肢端设暗柱，暗柱的外排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设2Ф14的构造纵筋，箍筋同柱，这样可限制柱肢的砼裂缝的开展，提高异形柱局部抗压抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪，也可约束砼变形，增大其延性。异形柱由于不易形成多肢复合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下，箍筋直径大，其延性指标好，因而箍筋且用Ф8、Ф10，其间距可比普通柱箍筋间距小。
（2）施工图画法
第一：全楼柱钢筋归并；第二：平面柱大样画法画异形柱施工图，应注意箍筋加密与普通柱相同；柱分布筋之间设拉筋，其直径同箍筋，间距是箍筋的2倍；横向肢、竖向肢分别按计算配置一个矩形箍筋，并分别满足X、Y向计算箍筋面积的要求；c竖向筋要满足最小间距要求，采用对称配筋，一排排不下，程序自动放两排；按固定钢筋（L形角部的角筋双向共用）和分布筋（竖向架立筋@≤200）的构造要求分别配制固定钢筋和分布筋。d在核心区箍筋相交处，若无主筋时，应设竖向架立筋如T形柱内侧，架立筋为构造筋，隐含直径D=14mm。
5 结束语
由于建筑不断的向着产业化等的层次发展，对于其构造的设计活动来讲，面对的规定将会更加的严苛。该项设计活动在现在来讲，还未形成综合的规定，其表示着有很多的基建活动未开展好，不过在具体项目中其结构却被大范围的使用，因此就规定设计者要站在体系的常见特征的层次上来分析，认真地分析构造内容，确保体系稳定，进而确保相关的理论知识等也可以获取非常显著的进步。
参考文献：
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[2]刘明泉,胡耀东.异形柱框架地震反应分析[J].河北工业大学学报,2010(6).
框架柱篇6
短肢剪力墙的墙肢截面的高度和厚度的比值在5到8之间,墙的厚度大于200mm。短肢剪力墙结构是为了适应建筑要求形成的一种特殊的剪力墙结构。它的配筋方式、计算模型以及构造要求都和普通剪力墙一样。
异型柱结构是指不规则的截面柱体,柱肢的截面厚度比小于4,它在受力方面和常规的截面柱不同,但是适应使用功能以及建筑美学的要求,所以被广泛使用和推广。
所以,异型柱和短肢剪力墙是两个完全不同的结构,受力方式也不一样。
1异型柱框架的受力特点
异型柱结构在吸收了原有普通框架结构的优点的基础上,还具有以下特点。
(1)为了适应住宅建筑的需求,在房间分隔墙的交点处异型柱结构就显得很灵活,平面承受的刚度均匀疏散,经常出现横梁和纵梁不贯通,结构难以简化成平面结构来计算。
(2)立面结构的分布比较均匀,异型柱和重量较轻的砌体填充墙在弹性方面共同工作性能比较好。
(3)异型柱一般采用L形、T形、十字形等截面形式,肢柱的宽度和厚度比在2.5到4.5之间,柱肢狭长而且较薄,双向压弯效应比较明显。
(4)异型柱截面只有一根对称轴或者没有对称轴,荷载的方向角相对敏感,抗扭曲刚度比较差,在一定程度上也造成异型柱结构荷载的方向比较敏感,如果稍微出现偏心或者是不对称现象,抗扭曲能力就会大大降低。
(5)异型柱截面最薄弱的位置就是柱肢角,特别是柱肢交界的断面和梁底的柱肢角部,这些部分的应力集中比较严重。
(6)异型柱结构中梁的高度和宽度比比较大,柱肢相对狭长,所以梁柱重叠的部分比较多,在梁端形成一定范围的刚域。
(7)异型柱结构的节点区大而且薄,在弹塑性阶段,应该注意由于节点区变形对结构变形的影响;异型柱的节点区和矩形柱的节点有很多不同,首先,因为梁柱比较薄,施工的时候混凝土通常不容易振捣密实,另外梁柱的交接位置应力比较集中,后期破坏比较严重,这就对节点核心区的有效体积削减很多,使节点的抗力能力降低,其次,节点的破坏位置会向梁端移动,这样就使节点受力简单化,有利于强化节点。
2异型柱在结构设计中的问题
2.1 异型柱和异型柱结构的概念
所谓异型柱就是舍弃了传统的矩形柱,用多个小墙肢组合的截面柱子来代替,是由剪力墙优化而来的一种特殊的建筑结构。在《异规》的第6.1.3条中规定,异型柱截面的肢柱厚度不能小于200mm,肢柱高度最小是500mm。这主要是因为肢厚如果比较小,就可能给梁柱节点的核心区的钢筋设置工作带来困难,并且使混凝土和钢筋的粘结锚固的强度不足,所以规定肢厚最大不能超过200mm,确保结构安全以及方便施工。限制脂高是为了满足柱内的梁纵向的钢筋锚固长度,另外,还要考虑到双向正截面的抗力要求等。
2.2 平面布置
异型柱结构的平面布置,除了应该遵守传统的框架结构规范、设计要求之外,还要考虑自身的特点,注意以下问题。
(1)在异型柱框架一个独立的结构单元内,要尽量使刚度和平面形状均匀对称,两个主轴的方向协调,减少偏心距,因为明显的不对称结构会使对受力产生不利的影响。
(2)异型柱的竖向结构应力要力求均匀、规则,避免出现比较大的内收、外挑或者楼层刚度在竖直方向出现突变。
(3)可以考虑采用双向的承重体系,并且横向和纵向相互连接。
(4)各个柱肢要尽可能对齐,使梁和柱肢共同构成多跨的比较规则的抗侧力系统。
(5)柱网的尺寸尽量较小,通常不要超过6m。
2.3 设计方法
在异型柱的结构设计中,应该优先采用能够准确反映受力情况的计算程序分析。我国建筑科学研究院研发的TAT、SATWE软件就是比较成熟的能够满足设计要求的应用程序,能够很好的进行计算分析和建模。但是这种程序的应用在地方性的建设中还存在一定的局限性,所以在设计的过程中,还要注意下面的一些问题。
(1)按照肢宽和肢长的比例来计算异型柱在学术上时很安全的,但是用规定程序进行计算的时候就可能会导致刚度下降,所以要适当的增加抗地震能力。
(2)对于传统的矩形柱来说,侧移一般起不到控制作用,但是对于异型柱框架,因为它的侧向刚度比较小,所以侧移可能超过规范计算的允许值。
(3)如果异型柱的净高和截面的长边的尺寸比小于4,就要沿柱的高度加密箍筋,这样可以减小地震对柱剪切脆性的破坏并且改善其变形能力。
(4)因为荷载的方向角是任意的,所以在异型柱的内折角的地方要设置同样直径的受力筋。
(5)对于L形异型柱,其柱角处的受力钢筋要设计成双向共用。
(6)针对抗震等级达到三级以上的结构,为了安全,要对节点进行严密计算,确保节点区的可靠性。
(7)在施工的过程中要特别注意节点区,为了保证施工的质量,要采用骨料颗粒直径比较小的混凝土进行浇筑。
2.4 抗震等级
异型柱结构对住宅的高度控制是非常严格的,通常只适用于多层住宅。但是因为它在结构上比较灵活方便,室内又不会出现柱楞,不会露梁等优点,使异型柱成为目前住宅设计的首选形式。所以,无论是别墅、多层还是小高层,都在广泛的使用这种设计。所以设计人员必须要谨慎处理。异型柱结构要根据其结构类型以及房屋的高度和抗震等级要求,严格符合严密的计算和建筑措施要求。
3构造设计
3.1 砼标号和柱壁厚度的选择
柱肢的厚度必须大于160mm,一般采用200mm比较合适。如果是8层以上的框架,下面的两层梁柱的节点部位的钢筋就会比较密集,不要减薄。如果梁跨度比较大的时候,柱子一般表现得截面不足,轴压比过大,钢筋密集。所以最好的方法是把二层柱砼标号增加到C30左右,不要加大壁厚。
3.2 箍筋和纵向钢筋
箍筋和纵向钢筋的纵向受力钢筋选择的时候,数量尽量少一些,直径稍大,每边钢筋最好使用2根,如果多的话就设置两排。在层底的位置也可以每边设置3根,但是需要注意的是,穿出露面的柱筋每边每排不能超过2根,避免节点施工困难。
3.3 轴压比限值
异型柱在低周反复荷载的作用下,粘结破坏比矩形柱要严重很多,延展性比传统的矩形柱也要差很多,所以,对异型柱的轴压比限值要求更严格。在程序计算之后,要按照规定的条件对各个异型柱的轴压比的具体限值进行初步的确定,然后再配筋简图中仔细的查看是否存在超限的情况。这时候还不知道异型柱的实际轴压比限值,PKPM程序不能判断具体限值,只有异型柱轴压比超过了矩形轴压比限值的时候,程序才会显示超限。所以,异型柱的轴压比超限值,必须都要经过手工核算。
4结语
异型柱结构灵活多样,有很好的发展前景。尤其是在人们对住宅要求越来越高的今天。但是异型柱的使用也是有限度要求的,尤其是在抗地震等级高的地方,要尽量避免出现在高层建筑中,不能盲目的跟风,一味的追求外观美,而忽略其功能要求。另外,异型柱在设计中还有很多需要注意的问题,不能为了简单,就根据计算机的程序粗略的进行设计和计算,要注意建筑中的细节,如果是计算程序不能涉及的细节,必须要经过严密的手工计算并反复验证,以保证工程的质量要求。我们要吸收短肢剪力墙和传统框架结构的优点,在符合规范要求的前提下,达到质量和美学的完美统一。
参考文献
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框架柱篇7
【关键词】异型柱；框架结构；设计方法
1、异形柱的结构特点
1.1由于异形柱采用T形、L形、十字形等截面形式，所以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。异形柱由于多肢的存在，其剪切中心与截面形心往往是不重合的，且在平面范围之外，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，即产生腹剪裂缝，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。
1.2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表明，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、异形柱框架结构设计的常见问题
2.1结构计算方面
（1）进行柱的配筋计算时，单偏压、双偏压计算均适用于一般框架结构，但单偏压计算不适用于异形柱结构，因此，只能选用双偏压计算。
（2）两个主轴方向除了计算水平地震作用，还要验算抗震验算，此外，7度与8度还要验算与主轴成45°方向。
（3）柱框架结构扭转不规则时，根据《抗震》相关规定：建筑楼层竖向构件的最大水平位移与层间位移，对比该层两端弹性水平位移与层间位移之间的平均比值要小于1.5，但对于异形柱结构此比值应小于1.45。
（4）按照规定，建筑楼层承载力出现变换时，薄弱层地震剪力按照1.15倍系数增加，但异形柱结构应按照1.2倍系数增加，设计者应该注意此系数并进行调整。
2.2截面方面
一般矩形结构，当其截面高宽之比值小于4且厚度小于300时，结构柱的受力性能就会下降，异形柱不适用，用于异形柱必须加强其结构设计。
2.3配筋方面
一般来说，框架梁配筋的布置遵循梁宽同柱宽的方式，但是在梁与柱的节点位置，需要把梁的钢筋弯入柱的纵筋内侧，由于异形柱柱肢厚度不足，容易导致节点位置的钢筋间距过密，因此，框架梁配筋应结合异形柱的结构特点。
举例说明：当框架梁宽度为200mm且柱纵筋直径为1.6cm时，对于普通框架梁，其上部配置3根纵筋即可，假设梁纵筋直径为a，当在异形柱结构的梁上部配置3根纵筋时，便出现如下结果：2×30-2×16-3a-3×1.5a=200，那么a=14.4mm，结果表明：在异形柱200mm宽的梁上部按普通框架梁一样配置3根纵筋时，其直径必须小于14mm，此值未考虑施工误差；假如只配置3根14mm宽的钢筋，在实际工程中，现梁柱节点位置也可能出现钢筋过密的问题，所以，异形柱结构梁柱节点处的钢筋数应≤2根。
2.4梁柱节点剪承载力方面
对于异形柱框架结构，由于其柱肢厚度较小，异形柱结构梁柱节点核心区的受剪承载力会小于普通框架结构的受剪承载力，造成异形柱梁柱节点核心区的受剪承载力出现超限情况，所以，进行异形柱结构设计时，应通过提高混凝土强度等级等方法解决此问题。
3、异型柱框架的结构的优化设计
3.1结构的布置
异形框架结构在进行布置的过程中，其异形柱的所设置的隔墙交叉点，必须要充分的满足要求。不仅仅要对结构的合理布置进行考虑，还必须要最大限度的确保柱子所分布的均匀性，并且保证良好的改造余地。同时，对于跨度也应当要合理的进行调整，不要在客厅以及主卧室之中进行梁设置。如果在某些特殊情况下，客厅和阳台卧室需要进行梁设置，那么可以采取在板内进行暗梁的方式。同时在有阳台的卧室、客厅之中，可以直接向阳台的两侧进行异形柱的翼柱外伸设置。如果说建筑结构的单元强和建筑的刘体检不是出在一个共同的轴线位置之上，那么在对于拒不应力进行解决的过程中，就需要对T、L、Z型柱进行的设置。在一个结构单元之中，要的进行矩形柱设置，只要能够设置都要进行设置。如果说在建筑之上有部分柱子需要进行错位，那么为了避免过多柱体的错位变换而出现薄弱环节的可能性，就需要保证变截面位置能够形成极大的应力集中性，不采取下手上扩的形式来进行，仅仅知识在上层进行收应力处理。为了加强刚度可以把电梯和四周连接成筒，对平面刚度的对称也要注意。刚度分布如果不均匀，在结构计算的时候要考虑因扭转耦联造成的影响。
3.2设计方法
现在异型柱结构设计方面国家还没有统一的规范，只有天津和广东两个省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。在设计的时候考虑到上述仅仅是地方的标准，则还需考虑一下部分：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
3.3框架的计算
异型框架比较特殊，在截面对称轴收到作用力时，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。
4、结语
异形柱框架结构虽然在结构上存在一定的缺陷，但有其存在的市场价值，在工程实践中也的确经常被使用。所以我们应该在掌握其受力特性和结构特点、了解其结构破坏机理的基础上选用合理的结构形式，正确地运用电算结果，满足规范要求的各种构造措施，才能够保证所设计的结构有可靠的安全度。
参考文献：
[1]刘祖强.型钢混凝土异形柱框架抗震性能及设计方法研究[D].西安建筑科技大学，2012.
[2]刘云飞，刘国清.异形柱框架结构设计中的问题[J].住宅科技，2011（11）.
[3]高振梅，王卫国.框架结构异形柱设计探讨[J].山西建筑，2013（23）.
框架柱篇8
关键词:多层建筑；异形柱框架结构；结构设计
Abstract: the structure and framework of special-shaped columns rectangular column frame structure design of the difference in the analysis framework of special-shaped columns of the structure design some difficult problems, such as the general rule of special-shaped columns, longitudinal reinforcement stirrup structure requirement analysis, and puts forward some Suggestions, and peer discussion.
Keywords: multi-storey building; Unusual column frame structure; Structure design
中图分类号：TU318 文献标识码：A文章编号：
0前言
近几年来,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。而且普通框架结构的露梁露柱对建筑平面与空间的分隔已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。异形柱框架结构是一种全新的结构体系。异形柱框架结构与传统的框架结构体系相比，由于肢厚与填充墙基本等厚,解决了普通矩形柱框架结构在房间内露柱造成的使用上不便的问题，使用面积相应增加了许多，同时解决了砖混结构超高和大开间要求存在的技术问题,因此该结构受到了建筑师及广大用户的欢迎，并推广应用。
1异形柱结构特点
1.1关于“一”形截面柱及“Z”形截面柱
在《规范》中未采用“一”形截面柱及“Z”形截面柱。“一”形柱正截面承载力方面两主轴方向抗弯能力相差甚大，不论是在风荷载作用下还是在地震作用下结构中的柱一般都是受到两个方向的弯矩同时作用，其受力后果可想而知；同时“一”形柱在双向剪力作用下性能也不好，由《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)柱双向受剪承载力计算公式可知，柱截面相邻两边边长相差越多,其斜向受剪承载力越低。如沿“一”形柱短边方向有梁与其相连，则此梁柱节点的核心区面积只有柱厚乘梁宽这一小部分,显然承受不了它受到的节点剪力。“Z”形截面柱与“一”形截面柱类似，即两主轴方向抗弯能力相差甚大。
在工程设计中应避免采用“一”字形截面柱，可采用部分普通矩形截面柱代替。而对于工程中经常遇到需要做“Z”形柱的情况，在设计计算时较好的方法是在PMCAD输入时将其按两个“L”形柱来输入并进行内力及配筋计算。因为“Z”形柱受力较大时易在中间肢劈开，劈开后（极限状态）其受力接近于两个“L”形柱，按两个“L”形柱处理较为合理。
1.2关于异形柱各肢肢长
异形柱各肢肢长，可能相等，或不相等，但是提倡采用等肢异形柱。抗震设计时宜采用等肢异形柱，当不得不采用不等肢异形柱时,柱两肢的肢高比不宜超过1.6,大于50 mm。试验表明，异形柱的斜向受剪承载力较单肢轴向受剪高。天津大学较早进行的等肢“L”形、“T”形截面柱在单调荷载和低周反复荷载作用的试验表明,异形柱的受剪承载力随荷载作用方向而变化并呈梅花瓣形规律,从而得出异形柱截面柱抵御斜向受剪破坏的能力优于矩形截面柱的重要结论。为编制江苏省地方标准(DB32/512-2002)东南大学进行的肢高不等的试件双向受剪试验表明,当异形截面柱两肢肢高相近时，其受剪承载力亦大致服从梅花瓣形规律，但当两肢肢高相差较大时，则服从椭圆规律。因此，具有一定的翼缘也是保证异形柱抵御斜向受剪破坏能力的需要。
1.2关于异形柱截面的肢高肢厚比
在《规范》中指出异形柱截面各肢的肢高肢厚比不大于4。研究表明，即使是同一种异型截面柱，当柱截面肢高肢厚比不同时，柱的性能会出现不同的差异，若异形柱截面各肢的肢高肢厚比控制在不大于4的范围,则异形柱在偏心受压状态下的应变基本符合平截面假定,其力学性能符合柱的特性。需要指出的是，当截面肢高肢厚比在4~8范围时，根据现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)的有关规定，此时应划分为短肢剪力墙进行设计。
2异形柱设计
2.1纵筋构造要求
2.1.1纵筋的布置
对“L”形、“T”形和“十”字形截面双向偏心受压柱截面上的应变及应力分析表明：在不同的弯矩作用方向角时，截面任一肢端部的钢筋均可能受力最大,为适应弯矩作用方向角的任意性，纵向受力钢筋宜采用相同直径;当轴压比较大，受压破坏时，在诸多弯矩作用方向角情形，内折角处钢筋的压应变可达到甚至超过屈服应变，受力也很大，同时还考虑此处应力集中的不利影响,所以内折角处也应设置相同直径的纵向受力钢筋。
异形柱肢厚有限,当纵向受力钢筋直径太大（d>25 mm），会造成粘结强度不足及节点核心区钢筋的设置的困难。当纵向受力钢筋直径太小时（d
2.1.2纵筋的配筋率
异形柱肢端的配筋百分率按异形柱全截面面积计算。异形柱肢厚有限，柱中纵向受力钢筋的粘结强度较差，因此将纵向受力钢筋的总配筋率由对矩形柱不大于5%降为不应大于4%（非抗震设计）和3%（抗震设计），以减少粘结破坏和节点处钢筋设置的困难。
2.2箍筋合理配置
异形柱柱端箍筋加密区的箍筋除应满足受剪承载力计算要求外,尚应满足体积配箍率条件以及根据异形柱本身特性确定的构造要求。
2.2.1箍筋间距与纵筋直径之比s/d对纵筋压曲的影响研究表明，箍筋间距与纵筋直径之比s/d，是异形柱纵向受压钢筋压曲的直接影响因素，s/d大，会加速受压纵筋的压曲；反之，则可延缓纵筋的压曲，从而提高异形柱截面的延性。
2.2.2箍筋间距s、纵筋直径d及体积配箍率ρV的合理调配在箍筋合理配置的研究中发现，当体积配箍率ρV相同时，采用较小的箍筋直径d和箍筋间距s比采用较大的箍筋直径d和箍筋间距s的延性好；只增大箍筋直径来提高体积配箍率而不减小箍筋间距并不一定能提高异形柱的延性，只有在箍筋间距s对受压纵筋支撑长度达到一定要求时，增大体积配箍率ρV，才能达到提高延性的目的。
2.3梁柱节点
节点是框架的梁柱相交区,需要承受上层柱柱端及本层梁梁端传来的荷载并有效地传递到下柱中去。从而作用于节点区的边界力-外力是梁端和柱端的弯矩、剪力、轴力有时甚至还有扭矩。因此，节点核心区处于十分复杂的受力状态。而对于异形柱框架梁柱节点，则尚有另一正交外伸柱肢对核心区受剪作用的影响，更为错综复杂。
试验研究和计算分析表明,节点是异形柱框架的薄弱环节,其受剪承载力远低于截面面积相同的矩形柱框架梁柱节点。为确保安全，《规范》中要求，异形柱框架应进行梁柱节点核心区受剪承载力计算,同时应满足相应的构造规定。《规范》中对于节点核心区的箍筋最大间距和最小直径以及节点核心区配箍特征值和体积配箍率最小值的规定,是从构造上保证在竖向荷载、风荷载和地震作用下，对节点核心区混凝土提供必要的约束并具有基本的抗剪能力。
研究表明，梁端和柱端的弯矩、剪力、轴力、扭矩是通过钢筋受拉及受压传递到节点区的,通过混凝土受压的力的传递，较易实现，但通过钢筋受拉及受压的力的传递，则必须依赖梁柱的纵向受力钢筋的可靠锚固和粘结才能实现。因此保证梁柱纵向受力钢筋在节点核心区中的可靠锚固和粘结十分重要。
3工程实例
某市住宅楼长28.3 m，宽12.9 m，建筑面积1 015 m2左右，住宅4层，层高3.0 m，最大建筑高度为15.4 m。该工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第二组,场地类别为三类。采用异形柱框架结构，异形柱框架抗震等级为三级。采用SATWE程序分析，各层间位移角见图1，满足规范对层间位移的规定;同时重视抗震
概念设计，加强构造措施。目前已竣工验收交付使用，经观察结构整体状况良好。
地震作用下X方向最大层间移位角为1/2 111
X方向最大层间移位角曲线
地震作用下Y方向最大层间移位角为1/1 581
b)Y方向最大层间移位角曲线
图1屋间位移角曲线
4结语
异形柱框架结构楼板在框架整体协同工作中起到的作用较矩形柱框架结构强，故建议采用整体现浇楼面结构，在楼梯间及开较大洞口部位设置矩形柱,角柱为异形柱时角柱边楼板不宜开洞。对结构薄弱部位的楼板还应加厚并配置双层钢筋。
由于异形柱框架结构的角柱多为“L”形柱，在单向地震作用下，角柱受到双向水平力的作用，由此产生的剪应力还伴随较明显的附加扭转作用。而“L”形柱的附加扭矩相对“T”形及“十”字形柱明显，故在实际工程设计中对异形柱特别是角柱仅考虑其受剪力作用是偏于不安全的。有限元分析表明其内折角还伴有明显的应力集中现象。故在设计中应适当加强其抗剪及抗扭承载力。
参考文献:
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[5]混凝土异形柱结构技术规程，JGJ149-2006[S]