异形柱框架结构设计

异形柱框架结构设计（精选12篇）

异形柱框架结构设计 篇1

随着房地产开发成为推动经济快速增长的支柱产业，多层和中高层民用住宅建筑在我国城镇中越来越多，住宅设计多因建筑上要求平面灵活和结构设计上的抗震要求而大多采用钢筋砼框架结构体系，但由于普通钢筋砼框架柱多采用矩形断面形式，且柱断面较墙断面宽，故常常使柱子突出房间内墙，形成墙角，在使用上会给家具布置带来不便，也使房间的实际使用面积减小并影响美观。为解决这一矛盾，钢筋砼异形柱的设计自然而然地被设计人员所采用。

1 异形柱框架结构基本特点

钢筋混凝土异形柱框架结构作为由于具有能够改善建筑使用功能、使建筑平面布置灵活、增加使用面积、节约能源、抗震性能较好等特点而得到广泛地应用。

异形柱框架结构从其受力状态来说与普通框架或框架-剪力墙结构之间没有本质区别，所不同的是：

(1)异形柱框架结构的框架柱除了可做成矩形外，通常还可做成“T”型、“L”型、“Z”型或“十”字型等异形截面，其宽度与框架梁宽也同围护墙同厚，故在建筑室内通常看不见梁和柱，使得居室内部显得简洁，美观，便于家俱的布置。而异形柱框架结构的围护墙都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，这对住户装修、改造提供了极大的灵活性。

(2)异形柱框架结构的柱网尺寸通常要由住宅平面布置来确定，所以要比普通框架结构柱网小，通常不大于6m。故对于底层做商店的异形柱框架结构与传统的底层框架砖混结建筑相比，其功能是一致的，其建筑外观也无多大区别，但从结构上来看，它们确属于两种截然不同的结构体系。

由于底层框架砖混结构的房屋是由两种不同的结构形式结合在一起所组成的混合体系，其底层的框架或框架剪力墙结构与其上的多层砖混结构各自的动力特性不同，在水平地震作用下，地震反应存在着很大差异，是一种典型的下柔上刚，头重脚轻的结构体系，当设计处理不当时极易在底层或2层形成变形及应力相对集中的薄弱层会在地震时产生严重的震害。而对于底层为商场的异形柱框架结构来说，虽然其底层与2层以上各层在使用功能上有所不同，但就其整个结构体系来讲，仍然是单一的框架或框架-抗震墙结构体系，所不同的仅仅是框架柱在底层为矩形而在2层以上做成了异型柱而已。就其受力特性而言仍然与普通架或框架-抗震墙结构一样，因框架围护墙包括其内部房间的分隔墙均采用轻质墙，故整个建筑的重量要比通常的底框架砖混结构建筑要轻得多。

2 异形柱框架结构设计

2.1 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。

2.2“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。

2.3 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。

目前，国内可直接进行异形柱截面内力计算和截面设计的软件有：中国建研院的TAT、SATWE程序、广东省建院的SS、SSW程序以及钢筋混凝土异形柱结构配筋计算CRSC等，这些程序均用数值积分法进行正截面配筋设计，准确性较高，能有效满足结构安全性要求。

2.4 配筋构造

在经过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，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构造纵筋，箍筋同柱，这样可限制柱肢混凝土裂缝的展开，提高异形柱局部抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪，也可约束混凝土变形，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，其间距可比普通箍筋间距小。

3 异型柱框架结构设计中应注意的问题

(1)暗埋管线穿梁柱，使梁柱截面削弱。此类问题比较广泛，而且容易被设计忽视，往往造成较严重的结构缺陷问题。对此，除了对电气布线设计不能过于集中以外，应设管线井加以解决。管线井可设在楼梯平台的角部，其断面可设计为三角形，不会对交通产生影响。

(2)梁柱核心区配筋如过于密集，各向钢筋相互碰撞严重，会造成钢筋偏位和施工困难。这种情况一般发生在内梁，特别是横向框架梁中，对此可以采用“宽梁窄柱”的办法加以解决。

(3)悬臂梁根部钢筋较多时，势必形成多排配筋，使梁的有效截面高度下降，引起梁根部变形增大，裂缝宽度超规范允许值。可以将悬臂梁的顶面比相应楼面标高抬高25～30mm使悬臂梁上部纵筋从最上层伸入锚固，可以保证梁的变形及裂缝宽度在设计的控制值以内。

异形柱框架结构设计 篇2

异形柱是指截面肢厚小于300mm的L、T、+形的截面柱。建筑界所讲的“异形柱”,特点是截面肢薄,由此引起构件性能与矩形柱性能的包括受力、变形、构造做法等一系列差异。制定规程主要是针对肢厚200、250mm的异形柱。其形式与短墙肢相似,若肢较长就称短墙肢,很难划分两者的界线。

其中“Z”、“一”形柱未列入规程的原因如下。

第一,“Z”形柱在实际工程中,应用很多。“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,多数情况下是Z形的上下两水平肢受与其方向一致的力,即由两根梁传来的拉力或压力,这只有通过中间肢的受扭来传递,后果只能是中间肢的断裂。“Z”形异形柱目前研究的不是很多,但在实际工程还是有用的。如果结构中只是个别柱为Z形,可以采用加强构造的设计。

第二,“一”形柱截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,其受力后的表现可想而知,它在双向剪力作用下性能也不好,由GB50010柱双向受剪承载力计算公式可见,柱截面相邻两边长相差越多,其斜向受剪承载力越低。

二、底层减柱的限制

第一,落地的框架柱应连续贯通房屋,框架柱应连续贯通转换层以上的所有楼层。底部抽柱数不宜超过转换层相邻上部楼层框架柱总数的30%,转换层下部结构的框架柱不应采用异形柱。底部抽柱带转换层的异形柱结构可用于非抗震设计和6度、7度抗震设计的房屋建筑。

第二,带转换层的异形柱结构在地面以上大空间的层数,非抗震设计不宜超过3层;抗震设计不宜超过2层;底部抽柱带转换层异形柱结构适用的房屋最大高度不少于10%,且框架结构不应超过6层。框架-剪力墙结构,非抗震设计不应超过12层,抗震设计不应超过10层。

第三,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,或一方向为框架梁,另一方向为托柱次梁;转换层上部异形柱向底部框架柱转换时,下部框架柱截面的外轮廓尺寸不宜小于上部异形柱截面外轮廓尺寸。转换层上部异形柱截面形心与下部框架柱截面形心宜重合,当不重合时应考虑偏心的影响;

第四,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比宜接近1。转换层上、下部结构侧向刚度比可按国家行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002第E.0.2条的规定计算。规程不允许次梁转换(二次转换)。

第五,转换层及下部结构的混凝土强度等级不应低于C30;转换层楼面应采用现浇楼板,楼板的厚度不应小于150mm,且应双层双向配筋,每层每方向的配筋率不宜小于0.25%。楼板钢筋应锚固在边梁或墙体内;

第六,托柱框架梁的截面宽度,不应小于梁宽度方向被托异形柱截面的肢高或一般框架柱的截面高度;不宜大于托柱框架柱相应方向的截面宽度。托柱框架梁的截面高度不宜小于托柱框架梁计算跨度的1/8;当双向均为托柱框架时,不宜小于短跨框架梁计算跨度的1/8。托柱次梁应垂直于托柱框架梁方向布置,梁的宽度不应小于400mm,其中心线应与同方向被托异形柱截面肢厚或一般框架柱截面的中心线重合。

第七,注解:直接承托不落地柱的框架称托柱框架,直接承托不落地柱的框架梁称托柱框架梁,直接承托不落地柱的非框架梁称托柱次梁。

三、应用范围及特点

异形柱应用在7度设防以下。在异形柱结构中使用扁平柱是可以的,建议最小厚度取250,梁纵筋用3级钢,直径不超过12。各项验算同普通框架柱,构造和轴压比建议控制更严格一些。因“一”形异形柱不提倡用,在某工程上缺了还不行,没办法可用扁平柱,其计算按矩形柱方法计算。

地震力系数放大,自振周期折减。因用异形柱导致刚度下降,使得地震力减小,应采用地震力放大系数来适当地增加地震力。计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期,应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。

四、截面定义输入

异形柱截面有T形、十形、L形,对一字形、Z字形规程未列入应用,在PMCAD截面定义中输入T形按2截面工形输入,不用的地方输0;十形按6截面十形输入;L形用5截面槽钢形输入。其宽均为240,肢长为600。输入轴线节点处应注意偏心材料应定为砼。为减少输入偏心转角的麻烦,在定义时要多定几个不同的截面类型。

五、配筋计算及施工图画法

配筋计算如下:采用双偏压、拉计算,箍筋采用双剪箍。异形柱肢长与肢宽比≤4时,否则应考虑梁的刚域。这时梁柱重叠部分,按刚域参数考虑。

施工图画法如下:a全楼柱钢筋归并;b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;按固定钢筋和分布筋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。

六、其它

顶层托斜层顶的(角)柱,规程对此没有涉及,它所受轴力、弯矩均不大,柱本身强度不会成问题,关键是房屋顶部结构整体性能,设计人员自己把握抗震设计的异形柱结构不应有错层,原因是免形成短柱。这里的错层是指规范和高规中的“较大的错层”。抗震设计时,框架柱的净高与柱截面长边之比不宜小于4,不应小于3。一般楼梯处易出现短柱,为此在楼梯间两侧布置剪力墙其它地方以异型柱为主。异形柱在斜向水平荷载作用下,其受剪承载力的平面图形为梅花状,等肢情况下异形截面柱受剪承载力在各象限图形是凸的。

异形柱框架结构设计 篇3

【关键词】异形柱框架结构；民用建筑；设计

0.引言

随着社会的发展，人们的生活生产水平不断提高，在现代社会中人们对建筑的布局、性能、质量也提出了更高的要求。在现代的建筑工程中，采用传统的框架结构进行建筑施工已经不能满足人们对建筑结构布局的要求，因为传统的框架结构严重影响了人们对室内空间的自由规划。并且随着科学技术的日新月异，建筑行业的发展速度也随之加快，在现代的建筑领域中，各种高性能的建筑材料和高水平的施工工艺层出不穷，从而为现代的建筑工程建设打下了坚实的基础。因此在这一时代背景下，为了满足人们对建筑设计布局的新要求，异形柱框架结构应运而生。异形柱框架结构能够有效的满足人们对建筑设计布局的要求，并且该结构还能够极大的提高建筑工程的实用性和强度。本文从异形柱结构的定义出发，对异形柱框架结构在民用住宅设计中的应用进行了深入研究，并对设计过程中的注意事项提出了对应的解决措施，希望能够起到抛砖引玉的效果，使同行相互探讨共同提高，进而为我国异形柱框架结构在民用建筑设计中的应用发展起到重要作用。

1.异形柱结构的设计与应用

1.1异形柱及异形柱结构的定义

（1）《混凝土异形柱结构技术规程》（GJ149-2006）对异形柱的定义是：截面几何形状为L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比（柱肢截面高度与厚度的比值）不大于4的柱。L形截面柱多用于墙的转角部位，T形和十字形截面柱多用于纵横墙交接处。

（2）所谓异形柱框轻结构即是由异形柱组成框架，由轻质填充墙所形成的结构。根据建筑布置及结构受力的需要，异形柱结构中的框架柱，可全部采用异形柱，也可部分采用一般框架柱。建设部在1996年11月发布的<住宅产业现代化试点技术发展要点>文件中，对其特点做了如下阐述：1）由T形边柱、十字形中柱、L形角柱组成的框架：2）填充墙与柱壁同厚，室内不出现柱楞：3）因墙体减薄与砖混结构相比，可增加使用面积8%～10%；4）填充墙的墙体材料可根据当地保温隔热要求，因地制宜，就地取材。

1.2异形柱框架结构与矩形柱框架结构在设计中的差异

（1）在现代的建筑工程中，异形柱框架结构和矩形柱框架结构在建筑结构设计中主要的差异就是，异形柱框架结构通常更适用于最大高度有大幅度降低的房屋建筑。

（2）而在现代的建筑工程中，异形柱框架结构和矩形柱框架结构在建筑结构设计中的另一差异就是，异形柱框架结构弹性层间的位移角最大限度的要求比矩形柱框架架构的要求更加严格一些。

（3）钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对于相同烈度和结构类型的两种体系而言，异形柱结构抗震等级的确定方法更加严格一些，其在房屋高度的取值上降低了数值。

1.3异形柱框架结构在SATWE中的设计与应用

能够有效地分析带有混凝土异形柱的结构并进行截面配筋设计，这是SATWE软件的特点之一。在梁的刚度、荷载、及截面配筋计算时，充分考虑了异形柱框架结构的特殊性。由于混凝土异形柱的柱肢较长，梁、柱在节点处的重叠部分较大，合理的力学模型简化应将重叠部分作为刚域，自重计算时不应重复计算重叠部分的混凝土重量，SATWE软件中对梁考虑了这样的力学模型简化：

（1）梁的计算按扣除刚域后的梁长计算。

（2）梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算。

（3）截面设计按扣除刚域后的梁长计算。

（4）梁端刚域的计算原则如下：

记梁两端与柱的重叠部分长分别为Di和Dj，梁长为L（即两端节点问的距离），梁高为H，则梁两端的刚域的长度分别为：

Dbi=Ma×（0，Di-H/4）

Dbj=Ma×（0，Dj-H/4）

扣除刚域后的梁长为：LO=L-（Dbi+Dbj）

2.工程算例

2.1工程概况

随着社会的发展，人们对建筑工程的质量和性能也提出了更高的要求，在现代的民用建筑设计中，通常会应用到异形柱框架结构。例如：某多层异形柱框架结构，共6层。地震烈度为7度（设计基本地震加速度为0.15g），框架抗震等级为三级。该结构的标准层结构平面图（如图中仅表示出梁柱结构）所示。填充外墙为250厚MU10轻骨料砼空心砌块（容重<13KN/m），填充内墙为200厚MU10蒸压砂加气砼砌块溶重<8KN/m）。

2.2设计心得

（1）在现代的建筑中，通常将混凝土的强度等级制定在C30，然而就目前的民用建筑设计实际情况而言，由于计算出的异形柱轴压比不符合建筑的设计要求，并且梁端的受拉钢筋的最大配筋百分率也不符合《异形柱框架结构施工规定》的要求。而将混凝土的强度等级制定在C30，虽然能够满足楼板混凝土的施工要求。但是为了满足异形柱框架结构的要求，必须要对混凝土的强度进行调整，通过研究最终将其确定为C40。然而，在具体的施工过程中，还必须要考虑到混凝土裂缝问题，并采取相应的应对措施。

（2）从中可以看出，有Z形、W形柱，这里介绍一下这两种柱的处理方法。（1）Z形柱，是由两个L形柱组成的。在PMCAD输入时按两个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劈开，劈开后其受力接近于两个L形柱，按两个L形柱处理较为合理。此时两个L形柱间的梁会困刚度太大而超筋，因为实际上无此梁，只是有限元计算时两柱问有联系必须有此梁，故不必管。（2）W形柱，计算及配筋时是按T形柱考虑的。只是由于建筑布置的要求，此处垂直搭接至T形翼缘上的梁的梁端钢筋锚固长度，由于翼缘厚度只有200mm，不能满足要求。故在此处增加一部分混凝土，该部分按构造配筋，就是为了解决梁端钢筋锚固长度的问题。

3.结束语

浅析异形柱框架结构设计 篇4

关键词：异形柱,轴压比,框架结构,节点构造

近年来, 随着现代化住宅建筑的不断发展以及人们对住宅平面与空间布置要求的不断提高, 原来普通框架结构的露梁露柱对建筑平面与空间的限定和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布置及空间使用的效果。异形柱框架结构很好地解决了这个问题。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。

异形柱框架结构与普通矩形柱框架结构的柱子在受力性能等方面不同, 因此异形柱框架结构在基本规定、计算、构造及施工方面均有不同的要求。本文着重对异形柱框架结构设计的一些疑难问题进行探讨。

异形柱框架结构是一种全新的结构体系。《混凝土异形柱结构技术规范》 (JGJ 149—2006) (以下简称《规范》) 中给出的异形柱定义为:截面几何形状为“L”形、“T”形和“十”字形, 且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。

1 异形柱框架结构体系的适应范围

异形柱框架结构的适应范围主要为:1) 抗震设防裂度为7度及7度以下地区;2) 房屋高度不超过27M;3) 柱网尺寸不大于7.2M, 当设置斜撑或剪力墙, 形成异形柱框一掌或异形柱框一剪结构体系, 房屋高度及抗震等级的确定可参照其他地区技术规程确定。

2 异形柱的轴压比

由于L、T、十、一形截面在压弯作用下其延性远不如矩形柱。现行规范中对框架柱轴压比限值的规定, 主要是按框架柱出现以受拉钢筋先屈服的大偏心, 受压破压, 这种破坏是延性的。可将轴压比限值和延性限值相联系, 最后得出结论:截面的曲率延性μp与轴压比n, 箍筋间距与纵筋直径之比s/d, 箍筋直径dv以及荷载角四种因素有关。确定异形柱的轴压比时取相应延性最差的荷载角方向的μp、n、s/d的关系回归出计算公式, 具体可参见《建筑结构》1999.1, 钢筋混泥土异形截面双向压弯柱延性性能理论研究。

3 梁、柱、节点构造

目前有关异形柱框架结构的研究中, 有关节点受力的分析及研究甚少。由于异形柱肢宽与梁宽相等, 且各肢常只有一个方向的梁与之相连。这种节点抗剪力面积较小, 同事节点核心区狭小 (与梁柱同宽) , 梁上荷载传给柱子时应力分布复杂, 尤其在地震荷载其应力分布将更加复杂。当异形柱轴压比较大时, 这种节点将有可能极易破坏。因此设计此类节点时建议在节点范围内增设钢筋网片, 以提高节点的承载能力。

4 基础设计

异形柱的基础形式常见有条基、独立基础、桩基。在基础设计时应将基础的抗力中心重合, 并验算在两个主惯性轴方向的强度, 其他有关验算同普通混凝土柱。

5 异形柱框架结构计算

由于异形柱框架结构柱截面形式多种多样, 故一般采用三维整体分析方法。由实验得出, 异形柱截面变形基本符合平截面假定, 力学特性接近于柱。目前可采用柱模型进行三维计算分析常用设计软件有:TBSA、TAT、SATWE等。

TBSA不能直接属兔异形柱的截面形式, 须按柱子双向刚度相等的原则, 将异形截面简化成矩形截面, 但存在着面积差。同事L型柱截面心主轴的角度也发生了变化, 进而影响构件内力计算及周期位移, 同时柱的定位、梁的计算长度都有问题。

TAT、SATWE可直接输入异形柱的截面, 不存在柱子定位, 面积误差及截面形心主轴的变化问题。在计算异形柱刚度时, 以其主形心的主轴坐标作为参考点, 求出异形柱主形叠加。计算时按材料力学的经典公式求出各种异形截面在主轴的惯性钜和方向角, 并建立主轴的单元刚度, 与梁元刚度, 墙元刚度一起组集总刚, 故雨TBSA相比, 采用TAT、SATWE进行异形柱结构分析计算得出的内力更合理。

6 结语

随着我国经济和技术的高速发展, 人民生活水平的不断提高, 现代住宅建筑要求大开间、平面及房间布置灵活、方便、室内不出现柱楞、不露梁等。而普通的砖混房屋分隔单一, 开间受制约, 可变性差, 无法满足人们对建筑使用功能的不同使用要求。致使人们对异形柱框架结构的研究不断深入, 异形柱框架结构将越来越多的被人们采用。

参考文献

[1]钢筋混泥土异形截面双向压弯柱延性性能理论研究.建筑结构, 1999.

[2]混凝土异形柱结构技术规程理解与应用.中国建筑工业出版社.

异形柱框架结构设计 篇5

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，

2、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。

3、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。

4、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。

探讨异形柱框条结构设计 篇6

【关键词】异形柱框架结构；矩形柱框架结构；Satwe；节点域

0.前言

随着社会生活普遍的提高，人们对房屋的空间设计也存在着不同程度的认知，而且在进行房屋空间设计时，也有着不同程度的改造，目前，由于我国的建筑行业在设计技术中还存在着许多局限性，还是按照传统的设计方式对其房屋进行设计修建，但是这样的设计方案随着时代的变迁，人们对这样的结构体系也出现比较强烈的反感，尤其是普遍的框架结构出现的露梁露柱、空间结构不合理等现象，都对人们的住房生活产生一定的影响。因此，人们在对住房的选择时，就会导致大量改造现象出现。但是，有许多的改造都是不合理的，这些改造会降低建筑物的使用寿命，所以人们在对此对出了详细的严重，从而出现了异形柱框条结构的设计。

1.异形柱结构的设计与应用

1.1异形柱及异形柱结构的定义

《混凝土异形柱结构技术规程》对异形柱的定义是：截面几何形状为l形、t形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比（柱肢截面高度与厚度的比值）不大于4的柱。l形截面柱多用于墙的转角部位，t形和十字形截面柱多用于纵横墙交接处。

所谓异形柱框轻结构即是由异形（t型、l型、十字型）柱组成框架，由轻质填充墙所形成的结构。根据建筑布置及结构受力的需要，异形柱结构中的框架柱，可全部采用异形柱，也可部分采用一般框架柱。

1.2异形柱框架结构与矩形柱框架结构在设计中的差异

对于相同烈度和结构类型的两种体系而言，异形柱结构适用的房屋最大高度有较大幅度的降低。异形柱框架结构和矩形框架结构他们是两种不同的结构设计，因此也存在着许多的不同点，在对于结构类型方面，异形柱结构的房屋适用的房屋最大高度有较大幅度的降低；而对于对于相同结构类型的两种体系而言，异形柱结构弹性层间位移角限值、弹塑性层闻位移角限值更加严格一些。

在钢筋混凝土房屋的结构类型的抗震等级中，我们可以了解到异形柱的结构框架有这样强力的稳定性，在遇到强力的外力时，建筑物的内部结构不会轻易的就被破坏，而且在确定抗震等级是异形柱的确定方法比矩形柱要更加严格一些。在抗震设计时，扭转不规则的异形柱结构，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.45；而矩形柱框架结构的该比值为1.50。

异形柱结构的地震作用计算，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）时尚应对与主轴成方向进行补充验算。

1.3异形柱框架结构在satwe中的设计与应用

有效地进行异形柱的结构分析对钢筋混凝土的结构设计有着很大的帮助，而satwe软件的应用很好的提高了结构设计的效率。我们在对梁的刚度、荷载以及截面配筋设计是，satwe软件充分的发挥了它的作用，有效地帮助了人们在结构设计中建筑物的特殊性的掌握，而且由于钢筋混凝土的异形柱的柱肢比较长，在建筑物种有着许多节点都出现重复的现象，这样严重了影响了设计的规划。因此要想解决这些问题satwe软件中对梁考虑了这样的力学模型简化：

（1）梁的计算按扣除刚域后的梁长计算。

（2）梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算。

（3）截面设计按扣除刚域后的梁长计算。

（4）梁端刚域的计算原则。

1.4异形柱结构构造的设计心得

（1）根据有关规定，在进行异形柱的截面抗震设计中，截面的不能小于400慢慢，而且当贯彻节点的柱纵向钢筋粘接退化与滑移加剧的时候，这些节点的非弹性变形也会加大，这对建筑物的内部结构有着一定的影响，因此在进行异形柱的结构设计中，为了避免这类现象的发生，提高梁的高度是必须的。

（2）根据有关规定，异形柱结构框架设计存在着严格的规划，对于肢高和肢厚都有着不同程度的要求，这主要是因为当肢厚较小时，会造成梁柱节点核心区的钢筋与混凝土之间的粘结强度不够，因此提高肢厚可以保证结构的安全及施工的方便。而对肢高的现在也为了满足伸入柱内的梁纵向的钢筋锚长度。

（3）根据有关规定，抗震设计时，对二、三级抗震等级，贯穿中柱的梁纵向钢筋直径不宜大于该方向柱肢截面高度hc的1/30，当混凝土的强度等级为c40及以上时可取1/25，且纵向钢筋直径不应大干25mm.矩形柱框架的框架梁纵向钢筋伸入节点后，其相对保护层一般能满足，而异形柱的c/d大部分仅为2.0左右，根据变形钢筋粘结锚固强度公式分析对比可知，后者的粘结能力约为前者的0.7.为此，规定抗震设计时，梁纵向钢筋直径不宜大于该方向柱截面高度的1/30.由于粘结锚固强度随混凝土强度的提高而提高，当采用混凝土强度等级在c40以上时，可放宽到1/25。

（4）异形柱全部纵向受力钢筋的配筋率，抗震设计时不应大于3%。这是因为异形柱肢厚有限，柱中纵向受力钢筋的粘结强度较差，故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3%，以减少粘结破坏和节点处钢筋设置的困难。

2.工程算例

2.1工程概况

某多层异形柱框架结构，共6层。地震烈度为7度（设计基本地震加速度为0.15g），框架抗震等级为三级。

2.2设计心得

2.2.1在设计该结构时，最初将混凝土强度等级定为c30，但是计算得到的异形柱轴压比超过规范规定限制，同时梁端纵向受拉钢筋最大配筋百分率超过根据有关表6.3.5的要求。虽然对楼板而言，采用c30混凝土是可以的，但考虑到梁板柱的施工问题，同时为满足异形柱轴压比以及梁端纵向受拉钢筋最大配筋百分率的要求，最终将梁板柱的混凝土强度等级全部改为c40。不过考虑到混凝土强度等级较高时楼板易开裂的问题，在楼板设计中采取必要的抗裂措施。

2.2.2从中可以看出，有z形、w形柱，这里介绍一下这两种柱的处理方法。

（1）z形柱，是由两个l形柱组成的。在pmcad输入时按两个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。此时两个l形柱间的梁会困刚度太大而超筋，因为实际上无此梁，只是有限元计算时两柱问有联系必须有此梁，故不必管。

（2）w形柱，计算及配筋时是按t形柱考虑的。只是由于建筑布置的要求，此处垂直搭接至t形翼缘上的梁的梁端钢筋锚固长度，由于翼缘厚度只有200mm，不能满足要求。故在此处增加一部分混凝土，该部分按构造配筋，就是为了解决梁端钢筋锚固长度的问题。

3.结束语

浅谈异形柱框架结构设计 篇7

近年来, 从多层框架结构衍生发展的异形柱框架结构因其能较好地满足建筑使用上和结构性能上的要求, 而逐渐得到了推广应用。异形柱框架结构主要应用于多层住宅, 填充墙采用粉煤灰加气混凝土砌块, 厚度与异形柱 (T形边柱, 十字形中柱, L形角柱等) 肢厚相同, 室内不出现柱楞, 钢筋混凝土异形柱框架结构有如下特点:

1.1 具有一般矩形柱框架结构整体性较强, 抗振延性好的优点。

1.2 兼有砖混结构的优点, 使用面积增加8%~10%, 同时又有效解决了砖混房屋超高的技术问题。

1.3 提供了大空间及住户拆改装修的便利条件。

目前, 现行国家规范或规程中尚未给出有关异形柱结构设计的条款, 设计人员所能依据的是一些地方规程, 主要是浙江省标准<<钢筋混凝土异形柱设计规程》和杭州市<<大开间住宅钢筋混凝土异形柱框轻结构技术规程》。结构设计人员在设计中常会遇到一些规范或规程尚未论及的问题, 需要设计人员积累经验, 利用正确的概念进行设计。

2 异形柱的概念

异形柱是指截面肢厚小于300mm的L、T、+形的截面柱。建筑界所讲的“异形柱”, 特点是截面肢薄, 由此引起构件性能与矩形柱性能的包括受力、变形、构造做法等一系列差异。制定规程主要是针对肢厚200、250mm的异形柱。其形式与短墙肢相似, 若肢较长就称短墙肢, 很难划分两者的界线。

其中“Z”、“一”形柱未列入规程的原因如下。

第一, “Z”形柱在实际工程中, 应用很多。“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, 多数情况下是Z形的上下两水平肢受与其方向一致的力, 即由两根梁传来的拉力或压力, 这只有通过中间肢的受扭来传递, 后果只能是中间肢的断裂。“Z”形异形柱目前研究的不是很多, 但在实际工程还是有用的。如果结构中只是个别柱为Z形, 可以采用加强构造的设计。

第二, “一”形柱截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, 其受力后的表现可想而知, 它在双向剪力作用下性能也不好, 由GB50010柱双向受剪承载力计算公式可见, 柱截面相邻两边长相差越多, 其斜向受剪承载力越低。

3 异形在结构设计的一般规定

今年实施的新规范中, 并没有把异形柱列入其内, 说明国家对异形柱设计是非常慎重的, 能够借鉴的也只有上面提到的两地方规程, 同时仍应依据我国现行标准中的规定, 进行截面、构造、抗震等设计。

3.1 结构布置

异形柱框轻结构平面布置的一般原则:在异形柱结构的一个独立结构单元内, 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。

3.2 适用高度及高宽比、长细比、肢长等限制

异形柱根架在7度抗震设防烈度区, 要求房屋高度不大于35m, 高宽比不宜超过5;8度区房屋高度不大于25m, 高宽比不宜超过4。

柱净高与截面长边之比即长细比不宜小于4且不大于8, 根据砼结构规范, 长细比小于4即短柱, 短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏, 设计中应尽量避免出现短柱, 长细比大于8, 易引起附加偏心矩, 对轴压构件及小偏心受压构件承载力影响较大。

根据长细比不直小于4, 在梁高为600mm的前提下, 当标准层层高为3.0m时, 异形柱的最大肢长可为600mm;底层层高为4.2m时, 肢长可为900mm。因此, 异形柱的柱肢不应过长, 各肢肢高与肢厚比不应大于4, 且异形柱截面肢厚对多层建筑不应小于150mm;对高层建筑不应小于200mm。

3.3 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, 根据浙江《规程》规定:抗震设防烈度为7度, 房屋高度<22m时, 为三级抗震, 高度≥22m时, 为二级抗震;抗震设防烈度为8度, 房屋高度≤25m时, 为二级抗震.浙江《规程》规定异形柱框架结构只适用于抗震设防烈度为7度及7度以下的地区且房屋高度不超过35m。

异形柱框架结构对房屋高度控制是比较严格的, 一般仅适用于多层住宅, 但由于它在结构布置上灵活、方便, 室内不出现柱楞、不露梁等优点, 使之成为近几年住宅设计的一种潮流, 不论别墅、多层甚至小高层, 作为房产开发商几乎都要求设计院设计成钢筋砼异形柱结构体系。因此设计人员必须慎重对待, 不可盲木跟风, 应严格控制各项设计参数。

4 异形柱框架结构设计构造

4.1 框架柱

柱纵筋与箍筋设置形式有“L”、“T”、“十”及双排布置等形式, 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, 且不小于14mm:纵筋间距大于250mm时, 应设置纵向构造筋, 其直径可采用12mm, 并设拉筋, 拉筋间距为箍筋间距的两倍。

柱截面厚度小于200mm时, 纵向受力钢筋每排不应多于2根;肢厚在200~250mm时, 每排钢筋不应多于3根, 必要时可分二排设置, 二排钢筋之间的净距不应小于50mm。

框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率:抗震等级为2级时, 中柱、边柱不应小于0.7%, 角柱不应小于0.9%;抗震等级为3级时, 中柱、边柱不应小于0.6%, 角柱不应小于0.8%, 框架柱中全部纵向钢筋的配筋率, 抗震设计时, 对Ⅱ、Ⅲ级钢筋不宜大于3%。

框架柱应采用复合箍, 严禁采用具有内折角的箍筋, 箍筋必须做成封闭式.箍筋未端做成不小于135。的弯钩, 弯钩端头直段长度不应小于10d (d为箍筋直径) 。

箍筋加密区长度取柱截面的长边尺寸、层间柱净高的1/6和500mm者中的最大值.在加密区内, 箍筋的直径不变, 间距100mm。

4.2 框架节点

框架梁的截面宽度与异形柱的肢宽相等或梁截面宽度每侧凸出柱边小于50mm时, 在梁四角上的纵向受力钢筋应在离柱边大于800mm处, 且满足小于1/25坡度的条件下向柱筋内侧弯折伸入框架节点内。

当框架梁的截面宽度的任一侧凸出柱边大于等于50mm时, 则该侧梁角上的纵向受力钢筋可在本肢柱筋外侧伸入梁柱节点内。

4.3 柱与填充墙的连接

异形柱框架结构的填充墙应采用轻质墙体材料, 并必须与框架可靠地连接。当采用砌体填充墙时, 在框架与填充墙的交接处, 沿高度每隔500mm或砌体皮数的适当倍数, 用钢筋与柱拉接, 钢筋由柱的每边伸出, 进入墙内的长度:2级抗震时沿填充墙全长设置;3级时不小于填充墙长的1/5及700mm。填充墙的砌筑砂浆强度等级不应低于M2.5。

填充墙长度大于5m时, 墙顶部与梁宜有拉结措施;填充墙高度超过4m时, 宜在墙高中部设置与柱连接的通长钢筋砼水平墙梁。

5 结束语

随着我国住宅产业化、现代化不断深入, 今后将会对结构设计提出更高的要求。异型柱结构设计目前还没有统一的国家规范, 这说明还有许多基础性工作没有完成, 但在实际工程中异型柱框架结构却大量应用, 这就需要设计人员从该体系基本特征出发, 认真进行内力分析计算。并结合不同截面形式的异型柱进行承截力计算, 注意把握有关构件的配筋设计, 处理好一系列结构构造, 保证结构的安全性、可靠性、经济性, 不断地完善、充实、发展异型柱框架结构体系的有关设计理论。

参考文献

[1]GB50010-2002, 混凝土结构设计规范Is].

大开间异形柱框架结构设计 篇8

1 大开间异形柱结构的主要受力缺陷分析

普通的异形柱框架结构在受力上存有一些缺陷,当开间增大后形成大开间异形柱框架结构使得这些受力缺陷显得更加明显且不可忽视。这些受力缺陷主要有以下几点:

1)由梁中心与柱截面形心不重合导致附加偏心,进而引起柱附加内力增大。

2)柱截面刚度中心与重心不重合引起各肢竖向变形和受力的不协调。

3)柱各方向抗弯截面抵抗矩差别较大,存在明显的受力薄弱方向。

4)柱肢一般较薄,抗扭转性能较差。

2 大开间异形柱结构设计中常见的问题

2.1 结构布置方面应力求合理

2.1.1 平面布置

结构平面整体布置时,应尽量使整个结构的重心与刚度中心重合,整体上避免结构的扭转效应。平面上避免大的突出和收进,尽量综合利用伸缩缝、沉降缝或抗震缝将结构平面划分成矩形,力求避免L形,U形等平面布置等复杂连体结构平面布置,并应严格按文献[3]中表3.4.2-1规定。

平面整体确定后,结构构件布置时还应考虑如下内容:

1)选用截面时,优先选用工形、十字形等对称截面柱,有单轴对称截面的如Z形、T形截面次之,尽量减少L形截面柱的数量,避免单片矩形薄壁柱。

2)平面中各柱的承荷面积宜接近,柱轴向力应彼此相差不大,避免因单柱受荷过大引起截面过大,吸收水平力较多从而可能先于其他柱破坏;柱轴压比不宜太大。

3)柱顶四周梁的布置应力求对称,减小对柱的偏心。

4)柱肢不宜过长,肢厚不应太薄,以免受扭时柱肢在平面外失稳。

2.1.2 竖向布置

结构竖向整体布置时,应力求对称,不宜大的悬挑和收进,主要受力构件力求连续,整体层间刚度宜接近,避免竖向刚度产生较大突变。应严格按文献[3]中表3.4.2-2规定。竖向布置时还应考虑以下内容:

1)柱上下宜贯通不宜变截面。当底层柱轴压比不满足时,优先采用变换混凝土强度等级。

2)应考虑填充墙对框架抗侧刚度的影响,适当对结构周期进行折减,应避免由填充墙引起的短柱现象。

2.2 结构计算

2.2.1 计算方法及假定

1)楼、屋盖在其自身平面内的刚性假定。

对于大开间异形柱结构,多用于住宅等民用建筑中,楼板的开洞率一般不大,一般可满足刚性楼板假定。相应地,在结构设计中应采取保证楼、屋面整体刚度的构造措施。

2)梁柱节点刚化为刚域。

由于异形柱在梁作用平面内柱肢较长,梁柱节点处重合部分较大,梁端转动时受到较大制约,合理的力学模型应将重叠部分作为刚域,自重计算时亦不应重复计算重叠部分的混凝土重量。刚域长度取值如下:

梁两端刚域长度为:

Dbi扣除刚域后的梁长为:L0=L-(Dbi+Dbj)。

其中,梁两端与柱重叠部分长度分别为Di和Dj;梁长为L(两端节点间距);梁高为H。

简化后梁的力学模型为:a.梁自重按扣除刚域后的梁长计算。b.梁上的外荷载按梁两端节点间的长度计算。c.梁截面设计按扣除刚域后的梁长计算。

柱的计算模型为:柱计算长度按文献[1]中7.3.11条取值,配筋计算时按整体内力进行双偏压计算,并考虑重力二阶效应影响,用剪切刚度法对结构整体进行受力分析。轴压比按全截面计算,为保证柱在压弯条件下具有良好的延性性能,进入屈服时为大偏心受压的弯曲破坏状态,应严格控制轴压比不得超限。

2.2.2 计算前几个计算参数的确定

1)抗震等级。

宜按抗震规范查出,当为四级时宜提高一级进行抗震计算和采取构造措施。

2)扭转耦连。

异形柱结构对扭转作用比较敏感,对于质量、刚度不对称、不均匀的结构,计算时应考虑扭转耦连振动影响的振形分解反应谱法。规则结构可不考虑扭转耦连,但规范规定平行于地震作用的两个边榀框架应乘以增大系数:短边1.15;长边1.05。当扭转刚度较小时不小于1.3。目前的SATWE和TAT等均不能自动识别边榀,软件未予考虑放大,应人工加以调整。

3)偶然偏心。

由偶然因素引起的结构质量变化会导致结构固有振动特性的变化,因而结构在相同地震作用下的反应也不同。考虑受偶然偏心影响后,对最大位移比影响较大,平均增大约为18%,内力及配筋也有所增大。

4)计算振型数目。

振型数目是否足够应由有效质量系数来判断。一般当有效质量系数η*≥0.8时,基底剪力误差一般在5%以内,这时振型数目对结构计算已经足够。否则,一般基底剪力误差较大,内力及配筋计算中有异常现象。计算振型数目并不是越大越好,应不大于结构固有振型的总数,即采用刚性楼板假定时应不大于刚性楼层板数x3。

2.2.3 计算结果中几个指标的判断

大开间异形柱结构在上述假定下的计算结果是否合理需要对计算结果进行人工判断,除要满足梁柱等单个构件的强度要求外,对控制结构整体性能的以下几个指标还要进行重点分析。

1)位移控制:

采用SATWE计算时最大层间位移角,最大水平位移,平均水平位移,平均水平位移角及相应的比值在结果文件WDISP.OUT中,应满足文献[2]中4.3.5条要求。

2)周期比:

此条主要控制结构在地震作用下的扭转效应,是侧向刚度与扭转刚度的相对关系,应根据各振型情况分析找出第一侧振周期与第一扭转周期,注意大开间异形柱结构中不应出现第一振型为扭转振型的情况,第二振型也不宜为扭转振型。

3)层刚度比:

应严格满足文献[2]中4.4.2,5.3.7条规定。此条主要控制结构刚度沿竖向分布是否均匀,不满足时应采取加强措施或改变结构布置的方法。

2.3 构造措施

异形柱结构一般梁柱宽度相等或相近,梁内纵向角筋锚入柱内时易与柱纵筋冲突,故应将梁角筋按一定坡度弯过柱角筋,在柱角筋内侧(或外侧)锚入梁柱节点内,坡度应小于1/25,起弯点离柱边大于800 mm。尽量避免因梁角筋弯折引起刚度突变。节点内梁端箍筋宜加密至另一方向梁相交处,以保证梁柱节点刚域假定,实现强节点概念设计目标。文献[4]对大开间异形柱结构也作了一些构造规定,可作为设计参考。

3 结语

鉴于大开间异形柱轻框架结构在高层住宅中的应用越来越多,国家相关的规范或标准也不完善,在受力上又存在一些缺陷,文中建议对设防烈度为7度以上的高烈度区不宜采用此种结构形式。对于在低烈度区应用时,除应严格遵照现行规范和参照一些关于异形柱结构设计的地方规程外,应注重对结构方案的设计,整体布置和结构构件的布置应力求合理,根据实际情况选择结构计算模型并合理选取参数进行结构计算,对计算结果应进行系统分析,从整体上判断所设计的结构是否合理。设计时还应该根据大开间异形柱轻框架结构的特点加强对构造措施的设计,合理的构造措施是结构有效传力的保证。

参考文献

[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[2]JGJ 3-2002,钢筋混凝土高层建筑结构技术规程[S].

[3]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[4]DB 29-16-2003,钢筋混凝土异形柱结构技术规程[S].

异形柱框架结构设计常见问题 篇9

框架异形柱设计最早出现在天津、福建、广东等沿海省市,异形柱结构出现的早期由于计算理论尚不成熟加之计算软件的限制,异形柱结构的使用受到了一定的限制。JGJ 149-2006混凝土异形柱结构设计规程(以下简称《规程》)已于2006年8月1日起开始实施,《规程》的出现解决了异形柱结构设计没有依据的问题,加之计算软件的日渐完善,近年来异形柱结构在各地蓬勃发展。

异形柱是指截面几何形状为L形、T形和十字形,且截面各肢的肢高肢厚之比不大于4的柱。采用异形柱的框架结构和框架—剪力墙结构称为异形柱结构。异形柱结构中柱的肢厚一般与填充墙厚度相同,可以有效避免柱在室内露出,节省使用空间,为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性,异形柱结构将建筑美观、使用功能的灵活性与建筑结构合理的受力性能有机地结合起来,为用户提供了理想的居住环境。本文主要针对异形柱框架结构(以下简称异形柱结构)的特点进行分析。

2结构设计常见问题

异形柱的结构特点决定了其受力特点,除了结构设计中的常见问题外,异形柱结构尚存在如下问题常容易被设计者所忽略:

1)结构计算:a.框架结构进行柱配筋计算时一般可选择“单偏压”或“双偏压”进行柱配筋计算,而对于异形柱结构中的柱配筋不能采用“单偏压”计算,必须采用“双偏压”进行计算。b.异形柱结构除应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外,7度(0.15g)及8度时尚应对与主轴成45°方向进行补充验算。c.扭转不规则时,GB 50011-2010建筑抗震设计规范(以下简称《抗震》)规定:楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.5,而对于异形柱结构《规程》规定该比值不应大于1.45。d.楼层承载力突变时,《抗震》规定:薄弱层地震剪力应乘以1.15的增大系数,而对于异形柱结构《规程》规定应乘以1.20的增大系数,由于许多软件默认增大系数为1.15,需设计者自行重新指定。

2)对于矩形柱若其截面高宽比不大于4,且截面厚度不大于300时,此种柱受力性能更差,不宜采用,如必须采用仍应判定其为异形柱,且需在构造上进行加强。

3)一般情况下均采用梁宽同柱宽的结构布置方式,由于梁、柱节点处梁的钢筋需弯入柱的纵筋内侧,加之异形柱柱肢厚度小,常造成梁、柱节点处钢筋间距过密,框架梁配筋应充分考虑异形柱结构的特点,例如当梁宽为200 mm、柱纵筋直径按16 mm考虑时,普通的框架结构梁上部一般可配置3根纵筋,假定梁纵筋直径为d,对于异形柱结构当梁上部配置3根纵筋时,则有2×30-2×16-3d-3×1.5d=200,即d=14.4 mm,也就是说200宽的梁上部如配置3根纵筋,其直径不能大于14 mm,这还只是从理论上考虑,未考虑施工误差,事实上即使配置3根14的钢筋,实际施工过程中仍可能出现梁柱节点处钢筋过密的情况,因此异形柱结构梁中每排钢筋根数不宜超过2根。

4)异形柱结构由于其柱肢厚度较小,相对于普通框架结构的梁柱节点核心区受剪承载力,异形柱结构节点核心区的受剪承载力偏小,因此其节点核心区常会出现受剪承载力超限的问题,对此问题应引起足够的重视,设计时可考虑提高混凝土强度等级等措施来解决。

5)异形柱结构的柱距。影响结构柱距的因素很多,如建筑功能、建筑层数、结构自重等。结构柱距应使柱在不影响建筑功能的前提下将轴压比控制在《规程》允许范围内,此外柱距过大会使得框架梁高度过高,从而造成柱净高过小使异形柱形成短柱或极短柱,不利抗震。

3结语

相较于普通的框架结构,异形柱结构抗震能力相对较差,但其优点也很明显,由于其符合室内布置的要求,受到房地产开发商和广大用户的欢迎。在异形柱框架设计中,只要严格按照《规程》及其他相关的规范、规程进行设计,并严格遵循概念设计的原则,同时根据异形柱结构的特点,注意其结构设计过程中的常见问题,采用异形柱结构其安全性是能够得到保证的。

摘要：结合JGJ 149-2006混凝土异形柱结构设计规程,介绍了异形柱的概念及特点,针对异形柱结构设计过程中容易被忽略的结构计算、布置方式、节点核心区承载力等问题进行了探讨,并提出建议,以期指导实践。

关键词：异形柱,框架结构,特点,柱距

参考文献

[1]JGJ 149-2006,混凝土异形柱结构设计规程[S].

[2]GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

异形柱框架结构设计 篇10

异形柱是肢截面长宽比不大于4且柱子形状为“L”形,“T”形和“十”字形的柱子。和矩形柱相比有以下特点:1)填充墙与柱肢厚度相等,室内不出现柱楞,从而使房间平整,布置灵活、方便。2)与砖混结构相比,可增加使用面积8%～10%,大大增加了空间的利用率。3)填充墙的墙体材料可根据当地保温隔热要求,因地制宜,就地取材。适用范围主要为抗震设防烈度为7度及7度以下地区。异形柱具有砌体结构和剪力墙的主要优点,所以近几年来得到了广泛的使用。

2 异形柱的研究现状

研究异形柱结构体系中的构件,主要侧重于异形柱构件的正截面强度、斜截面强度以及抗震性能的试验及分析。异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称,在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。异形柱的延性比普通矩形柱的差。轴压比、高长比(即柱净高与截面肢长之比)是影响异形柱破坏形态及延性的两个重要因素。控制柱截面轴压比的目的在于要求柱应具有足够大的截面尺寸,以防止出现小偏压破坏,提高柱的变形能力,满足抗震要求。短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏,设计中应尽量避免出现短柱。异形柱构件除了十字形外,大部分截面为单周对称,试件的滞回曲线出现了不对称现象,构件正反两方向水平受力时抗震性能不同,但是作为整体异形柱框架静力的滞回曲线饱满,具有良好的延性。

3 关于异形柱框架的整体抗震性能

关于异形截面柱的高层住宅建筑,若层高为2.8 m～3.0 m,则层间净高与柱肢长之比约为3,属短柱。这就使异形截面柱变形能力比矩形柱低,易产生脆性破坏,须从构造上采取加强措施。为了深入分析和研究钢筋混凝土异形柱结构体系的整体抗震性能,以便于该结构的推广和应用,根据同济大学工程结构研究所大型动力试验室进行了两榀双层双跨钢筋混凝土异形柱结构的1∶2比例模型的试验研究,模型分别为框架结构和混凝土空心砌块填充的填充墙框架结构。

观察与分析试验模型在低周反复水平荷载作用下从弹性到弹塑性变形发展全过程,包括裂缝开展及水平位移情况,同时研究各测点应变和应力变化情况,确定试验模型的破坏机理。确定并对比分析两种结构类型的强度,包括开裂荷载、屈服荷载和最大承载能力。确定试验模型在各个阶段的抗侧刚度,记录弹塑性阶段两榀框架的抗侧刚度的变化情况,对比两种结构形式的抗侧刚度,对比分析两榀框架的延性、耗能能力以及变形能力。

模型的梁、柱配筋以及所用的材料均与框架模型的相同,但有填充墙,制作时采用先砌墙、后浇梁柱的方案。填充墙模型的墙体采用小型混凝土空心砌块,砌块采用上海市标准93沪J105混凝土小型空心砌块建筑构造图中的主砌块和有关辅助砌块,按1/2比例缩尺制作,砌筑时交错砌筑,孔与孔之间对齐。墙与柱之间设置拉筋,砌块之间采用砂浆砌筑。

3.1 试验模型的制作

模型制作均在试验室现场支模,绑钢筋、浇筑混凝土和自然养护。混凝土采用细石混凝土,标号为C30,配合比为(重量):水∶水泥∶砂∶石子=1∶1.582∶2.04∶4.542,由人工拌和,浇筑时用振捣器捣实。在浇筑模型的每一层时同时分别留一组(3个)(15×15×15)cm3的立方体试块和一组(3个)(10×10×30)cm3的棱柱体试块。试块和模型在相同的条件下养护,以观察其28 d强度。此外,钢筋在下料前也预留了一组(3根)试件,以测定其力学性能指标。

3.2 材料的力学性能

对预留的混凝土试块进行测试,得到的混凝土的实测强度和弹性模量见表1。

3.3 试验装置与试验方法

1)试验装置。

试验在设有反力架的地槽上进行。试验模型由两根压梁通过两对螺栓固定在地槽上,荷载由四台垂直油压千斤顶和一台申克机施加。为了使模型在垂直荷载和水平荷载作用下能够自由地水平移动,在柱顶施加垂直荷载的油压千斤顶与上面的刚梁之间设置了能滑动的滚轮。此外,在梁两侧沿梁中心线位置还设置了两对钢拉杆以保证水平拉压反复荷载的传递(见图1)。

2)试验方法。

首先加载方法是柱顶的垂直荷载由四台工作吨位为500 kN的油压千斤顶分别在三柱顶形心位置处同时施加,T形柱处为一台,而十字形柱处并排放置两台。荷载一次加至按轴压比计算出来的荷载,在试验中保持不变。水平拉压反复荷载由申克机通过反力墙和两对拉杆在试验模型上部沿梁中心线施加。水平拉压反复荷载的加载程序采用荷载—变形混合控制的加载制度。加载分为以下两个阶段:a.荷载控制阶段:JGJ 101-96,建筑抗震试验方法规程指出此阶段可以加载到模型屈服,但由于模型的屈服荷载无法精确确定,故通常最大控制荷载按比较保守的值取值。在最大荷载达到之前,共施加三级,每级循环一次。b.变形控制阶段:此阶段以荷载控制时的最大位移的倍数控制加载,每一级位移循环三次,直到模型破坏。

3)量测内容。

本次试验量测记录的主要数据包括荷载、水平位移、钢筋应变、混凝土应变以及滞回曲线。具体如下:a.位移:在模型每层梁中心线位置处设置位移计。为消除试验加载过程中模型基础水平位移的影响,在基础中心线处也设置位移计。b.应变:在混凝土表面和钢筋上贴应变片来采集数据。c.滞回曲线:由申克机按给定时间间隔(本次试验取0.05 s)自动记录下荷载和位移,并由计算机自动绘制滞回曲线。

3.4 试验过程与试验现象

模型加载到60 mm时,由于千斤顶的倾斜而导致无法继续加载,此时正向曲线还没进入下降段,而负向曲线已经进入了下降段。模型的P—Δ滞回曲线见图2,异形柱破坏形态见图3。

4 结语

通过试验表明,异形柱框架结构整体上表现了较好的延性,表现为典型的强柱弱梁的特性,对结构的抗震非常有利,异形柱框架柱根部的破坏在腹板这一边比翼缘严重,反映了异形柱的结构特点,柱的中和轴靠近翼缘,导致其应变小于腹板。通过对异形柱的根部进行加密,大大提高了振动产生的抗剪切能力。整体的抗震性能和矩形框架结构相差不多。所以异形柱可以应用于不超过15层的框架住宅结构。

参考文献

[1]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[2]郭棣.宽肢异形柱的试验研究[D].西安:西安建筑科技大学,2001.

异形柱框架结构设计 篇11

【摘要】对异形柱与短肢剪力墙结构设计中的一些问题，如计算方法、异形柱受力性能及其轴压比控制、短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱等进行探讨，提出建议，供结构设计人员参考。

【关键词】异形柱；短肢剪力墙；结构设计

1. 前言

（1）现代住宅建筑要求大开间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等。异形柱与短肢剪力墙结构能较好地满足现代住宅建筑的要求，因而逐渐得到了推广应用。

（2）目前，现行国家规范或规程中尚未给出有关异形柱与短肢剪力墙结构设计的条款，因此，结构设计人员在设计中常会遇到一些规范或规程尚未论及的问题，需要设计人员积累经验，利用正确的概念进行设计。

（3）本文旨在对异形柱与短肢剪力墙结构设计中的一些问题进行探讨，提出个人看法，供结构设计人员参考。

2. 异形柱结构型式及其计算

（1）异形柱结构型式有异形柱框架结构、异形柱框架——剪力墙结构和异形柱框架——核心筒结构。异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。因此，对异形柱结构应按空间体系考虑，宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析。因异形柱和剪力墙受力不同，所以计算时不应将异形柱按剪力墙建模计算。

（2）当采用不具有异形柱单元的空间分析程序计算异形柱结构时，可按薄壁杆件模型进行内力分析。

（3）对异形柱框架结构，一般宜按刚度等效折算成普通框架进行内力与位移分析。当刚度相等时，矩形柱比异形柱的截面面积大。一般，比值（A矩/A异）约在1.10～1.30之间。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，建议用比值（A矩/A异）对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱。

（4）对有剪力墙（或核心筒）的异形柱结构，由于异形柱分担的水平剪力很小，由此产生的翘曲应力基本可以忽略，为简化计算，可按面积等效或刚度等效折算成普通框架——剪力墙（或核心筒）结构进行内力与位移分析。按面积等效更能反映异形柱轴压比的情况，且面积等效计算更为简便。

（5）一般，按面积等效计算时，矩形柱的惯性矩比异形柱的小。但对有剪力墙（或核心筒）的异形柱结构，计算分析表明，按面积等效与按刚度等效的计算结果是接近的。

（6）异形柱的截面设计，可根据上述方法得出的内力，采用适合异形柱截面受力特性的截面计算方法进行配筋计算。

3. 短肢剪力墙结构及其计算

（1）短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中，只需按剪力墙输入即可，而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有6个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有7个自由度（多一个截面翘曲角，即扭转角沿纵轴的导数），考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂（如有转换层）时，也存在一些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短（一般为墙厚的5～8倍），本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用TAT、TBSA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。

（2）对设有转换层的短肢剪力墙结构，一般都只是将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙框支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。因此，带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件（如SATWE）进行计算。当然，从整体上的内力（特别是下部支承柱的内力）分布情况来看，如果将剪力墙加以适当的处理，还是可以用TAT、TBSA对结构进行整体计算的。

4.异形柱的受力性能及其轴压比控制

（1）异形柱的延性比普通矩形柱的差。轴压比、高长比（即柱净高与截面肢长之比）是影响异形柱破坏形态及延性的两个重要因素。

（2）异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，在受力状态下，各肢产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的变形能力比普通矩形柱降低。

（3）短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏，设计中应尽量避免出现短柱。根据高长比不宜小于4，在梁高为600mm的前提下，当标准层层高为3.0m时，异形柱的最大肢长可为600mm；底层层高为4.2m时，肢长可为900mm。

5. 短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱

（1）在现代高层住宅的地下室和下部几层，由于停车和商业用房需较大空间，就得通过转换层来实现。在短肢剪力墙结构中，一般都只将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙框支。

（2）“框支剪力墙结构当转换层位置较高时，转换层附近层间位移角及内力分布急剧突变，内力的传递仅靠转换层一层楼板的间接传力途径很难实现；转换层下部的'框支'结构易于开裂和屈服，转换层上部几层墙体易于破坏。这种结构体系不利于抗震。高烈度区（9度及9度以上）不应采用；8度区可以采用，但应限制转换层设置高度，可考虑不宜超过3层；7度区可适当放宽限制。”因此，建议在6度抗震设防区，短肢剪力墙结构中转换层设置高度不宜超过5层，避免高位转换。转换层上下的层刚度比γ宜接近1，不宜超过2。转换层位置较高时，宜同时控制转换层下部“框支”结构的等效刚度（即考虑弯曲剪切和轴向变形的综合刚度），使EgJg与EcJc接近。EgJg为剪力墙结构的等效刚度，剪力墙结构高度取框支层的总高度，其平面和层高与转换层上部的剪力墙结构相同；EcJc为转换层下部“框支”结构的等效刚度。研究表明[5]，“控制转换层下部'框支'结构的等效刚度对于减少转换层附近的层间位移角和内力突变是十分必要的，效果也很显著。”

（3）规范对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱。框支剪力墙结构当转换层位置较高时，如何定义框支柱，涉及到安全与经济的问题。根据圣维南原理，局部处理的影响只限于局部范围，所以当转换层位置较高（如高位转换）时，除转换层附近楼层的内力较复杂外，下面的结构受到的影响很小，应与普通框架结构基本一样，不必按框支柱处理。文献[6]计算了两个28层的结构，一为内筒外框架结构，一为内筒外框支结构，转换层设在18层。计算结果表明，转换层下二层的内力影响很大，下三层的内力误差最大为15%，下五层的内力已比较接近（最大误差小于10%），下八层的内力已基本一样（最大误差小于5%）。这说明框支柱只需在五层范围内加以考虑，其它层的柱子按普通框架柱处理即可。因此，建议当转换层位置不超过五层时，转换层下的各层柱均按框支柱处理；当转换层位置超过五层时，转换层下相邻的五层柱按框支柱处理，而其它层的柱按普通框架柱处理。由于高位转换对抗震不利，所以结构设计中应尽量避免高位转换。

6. 短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计

建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在短肢剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。例如，短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度（宜取250mm，对底部外围的小墙肢根据需要可取用300mm），加强墙肢端部的暗柱配筋，严格控制墙肢截面的轴压比不超过0.6，以提高墙肢的承载力和延性；高层结构中连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏；短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形墙肢；短肢剪力墙底部加强部位的配筋应符合规范要求等。

异形柱框架结构设计 篇12

1 工程实例

某住宅楼,地面以上6层带坡屋顶阁楼,地下1层作车库,建筑物总高度21.6 m,建筑总面积4 355.60 m2,设防烈度为7度,采用钢筋混凝土柱下梁板式基础。各层平面图见图1～图3。

2 结构设计

柱网尺寸布置兼顾住宅标准层及地下车库功能,最大梁跨6 450 mm。结合墙体布置有“T”形,“L”形,“十”形三种异形截面柱及矩形、圆形柱。异形柱最大截面边长取600 mm,肢厚取240 mm,370 mm与墙同宽。最大肢高与肢厚比2.5<4。混凝土强度等级:底层C35,其他层C30。

3 结构计算

采用中国建筑科学研究院建筑空间有限元分析与设计软件SATWE进行三维分析与计算,梁柱配筋按平面表示法出图。主要计算参数取值:1)地震:7度近地震,考虑扭转耦联,二类场地,考虑砌块填充墙影响周期折减0.85,振型数9,阻尼比5%,框架抗震等级三级。2)风载:地面粗糙度B类,体型系数1.3,基本风压0.4 kN/m2。3)恒载:混凝土28 kN/m3,砌块28 kN/m3。4)活载:考虑活荷载全高不利布置,柱、墙、基础传递折减,系统依规范。5)调整:中梁刚度放大系数取2,边梁1.5,梁端弯矩调幅0.85,全楼地震力放大1.2。6)设计参数:梁柱重叠作为刚域,不考虑回填土对地下室的约束。7)结构整体分析:计算刚心、层刚度比,形成总刚并分解,采用总刚分析方法计算地震作用。

主要计算结果:周期:0.992 3 s,(Δu/h)max=1/1 252<1/450,(u/h)max=1/1 720<1/500,最大柱轴压比0.73<0.8。

4 体会

1)异形柱框架结构的体型沿竖向应力要求规则、均匀,避免有过大的外挑、内收及楼层刚度沿竖向的突变。建筑平面设计应尽量便于异形柱的布置从而发挥异形柱的功能特点。

2)异形柱框架在梁柱接头处,由于柱肢宽同梁宽,梁主筋要放置在柱筋内,使梁头钢筋保护层过大,钢筋需弯折,此处钢筋密集,造成施工振捣混凝土困难,因此要求混凝土强度等级要不小于C20,混凝土粗骨料石子的粒径应为2 cm～4 cm。

3)异形柱框架结构的总体刚度较矩形柱框架要大,为保证具有良好的延性,提高结构的抗震性能,必须对柱及异形柱予以加强,柱及异形柱的轴压比限值要比GB 50010-2002混凝土结构设计规范中11.4.16条的规定减少0.05。本工程轴压比控制在0.8以内,并应适当提高柱及异形柱的配筋率。

4)异形柱截面肢长(h)肢厚(δ)比应满足h/δ≤4,此比例范围内的异形柱可按柱进行计算,其破坏机制也呈现较好的弯曲形特征。但若h/δ>4较多,则应属于短肢剪力墙,此时仍按异形柱进行计算是不正确的,将直接影响异形柱结构设计的合理性及抗震的安全性。

5 结语

目前,国家尚未颁布异形柱的设计规程,天津市及广东省颁布的有关异形柱框架结构技术规程为设计人员提供了参考依据。随着研究的深入及新技术的应用,加之异形柱框架结构开间分隔灵活、大大提高有效使用面积及能与各种环保性能好的新型墙体材料配合使用等优点,其发展前景将是广阔的。

摘要：通过在住宅设计中采用异形柱框架结构的实践,探讨了异形柱的结构设计和计算等问题,指出纵横墙交接处布置采用“L”形,“十”形,“T”形等异形柱,可以完全消除室内框架柱凸角,提高有效使用面积,从而更好地满足人们的使用要求。

关键词：异形柱框架结构,多层住宅,结构设计

参考文献

[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].