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摘要：随着我国经济的飞速发展，建筑功能要求的日趋灵活多样化，人们对居住类建筑室内环境的舒适度、美观度、实用性等提出更苛刻的要求，异形柱结构体系由于其室内不露梁、柱等优点被广泛应用于普通住宅及别墅建筑中。由于钢筋混凝土异形柱框架结构的受力特征不同于普通矩形柱框架结构，如何选择合理的分析模型，研究异形柱构件的内力和变形，是目前结构工程师关注的焦点。基于此，本文主要对钢筋混凝土异形柱框架结构设计进行分析探讨。
关键词：钢筋混凝土；异形柱；框架结构；设计分析
1、前言
异形柱是指在满足结构承载能力要求的前提下，由于建筑使用功能、设计布置的限制，采取不同截面形状的柱。由于钢筋混凝土异形柱框架结构的受力特征不同于普通矩形柱框架结构，如何选择合理的分析模型，研究异形柱构件的内力和变形，是目前结构工程师关注的焦点。基于以上的原因，有必要对钢筋混凝土异形柱框架结构分析模型进行一定的研究，进而为异形柱的空间分析提供依据。
2、分析模型
本文主要对钢筋混凝土异形柱框架结构模型进行分析，首先依现行规范和异形柱规程设计一个钢筋混凝土异形柱框架结构，然后分别采用SATWE结构模型和PMSAP结构模型进行分析，并对结构内力进行比较，为钢筋混凝土异形柱框架结构的模型选择提供一些参考依据。
2.1结构方案与概况
依照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）2016年版与《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ149-2006）设计了设防烈度为7度（0.10g）、Ⅱ类场地的一个六层规则的钢筋混凝土异形柱框架结构。结构的梁、柱混凝土强度等级均为C30，板混凝土强度等级为C25，板厚150mm，层高3m，共六层。异形柱肢厚均为200mm，肢宽厚比均小于4：1，由于结构高度不高，故沿结构高度不考虑柱截面变化。结构方案如图1所示。7度区结构抗震等级三级，对应的L形柱、T形柱、十形柱的轴压比为0.35、0.50、0.61，均未超过规程对异形柱轴压比的限值0.60、0.65、0.70。
图1 结构方案
2.2分析模型
分别采用SATWE墙元结构模型和PMSAP薄壁杆元结构模型（三维框架模型）建立上述结构，并将对两种模型的内力计算结果进行比较。
3、结果分析
采用SATWE结构模型分析得结构周期为0.57s，采用PMSAP结构模型分析得结构周期为0.51s，结构周期相近。经比较，最终选定结构的底层作为分析对象，分别采用两种模型，对结构在恒载和活载的作用下内力进行分析和对比。
3.1底层梁（恒载）的内力分析结果对比
底层梁（恒载）分别在SATWE结构模型和PMSAP结构模型分析下的弯矩、剪力对比分析可知：恒载作用下，分别在SATWE结构模型和PMSAP结构模型分析下梁的弯矩、剪力值总体相差不大，在10%以内。但是在SATWE结构模型分析下弯矩、剪力值较在PMSAP结构模型分析下都稍大。弯矩在边梁角柱端的差值稍大；剪力则在中梁边柱端的差值稍大。
3.2底层梁（活载）的内力分析结果对比
底层梁（活载）分别在SATWE结构模型和PMSAP结构模型分析下的弯矩、剪力对比分析可知：活载作用下，分别在SATWE结构模型和PMSAP结构模型分析下的梁的弯矩、剪力值总体相差不大，在10%以内。但是在SATWE结构模型分析下弯矩、剪力较在PMSAP结构模型分析下都稍大。弯矩在边梁角柱端的差值稍大；剪力则在中梁边柱端的差值稍大。
3.3底层柱（恒载）的内力分析结果对比
底层柱（恒载）分别在SATWE结构模型和PMSAP结构模型分析下的轴力、剪力、弯矩对比分析可知：恒载作用下，分别在SATWE结构模型和PMSAP结构模型分析下的柱的轴力、剪力、弯矩值总体相差不大，在10%以内。但是在SATWE结构模型分析下轴力、剪力、弯矩较在PMSAP结构模型分析下都稍大。轴力差值相差不大；剪力、弯矩在边柱的差值稍大。
3.4底层柱（活载）的内力分析结果对比
底层柱（活载）分别在SATWE结构模型和PMSAP结构模型分析下的轴力、剪力、弯矩对比分析可知：活载作用下，分别在SATWE结构模型和PMSAP结构模型分析下的柱的轴力、剪力、弯矩值总体相差不大，在10%以内。但是在SATWE结构模型分析下轴力、剪力、弯矩较在PMSAP结构模型分析下都稍大。轴力差值相差不大；剪力、弯矩在边柱的差值稍大。
由上述结论可知：结构在SATWE墙元结构模型和PMSAP薄壁杆元结构模型分析下梁的弯矩、剪力和柱的轴力、剪力、弯矩值总体相差不大。但是在SATWE墙元结构模型分析下的内力较在PMSAP薄壁杆元结构模型分析下稍大。对梁而言：弯矩在边梁角柱端的差值稍大；剪力则在中梁边柱端的差值稍大。对柱而言：轴力值相差不大；剪力、弯矩则在边柱稍大。因此，肢宽厚比小于4、净高与验算方向截面高之比大于2.5的异形柱，采用墙元模型和薄壁杆元模型计算结果很接近，在工程应用中可以采用以上任意一种模型计算钢筋混凝土异形柱框架的内力。
4、异形柱结构设计须知
4.1异形柱抗震等级
抗震等级一般根据抗震设防烈度、结构类型、房屋高度等划分。抗震等级不同，则结构设计采用不同的抗震措施。异形柱框架结构的延性比矩形柱框架要低，因此，异形柱框架结构的抗震等级较矩形柱框架要高。
4.2异形柱框架结构布置
（1）异形柱框架结构出现扭转变形肯定会给结构带来不利影响，合理的结构布置要求结构的平面和竖向布置宜简单、对称、规则、均匀，竖向刚度尽量做到均匀协调，异形柱在两个主轴方向的布置要协调对称。
（2）异形柱结构的框架纵、横轴网宜分别对齐拉通；异形柱肢厚的中心线宜与框架梁的中心线对齐，保证结构受力均匀，确保结构的承载力、刚度、抗震性及稳固度满足要求。
（3）结构布置时不要出现错层现象，结构竖向体型宜规则布置，可有效预防楼层出现竖向的刚度突变。
（4）对于传力路径较为复杂的部位和其他特殊部位，需选用一般矩形框架柱，以满足抗震规范的要求。
（5）异形柱结构不应用于大跨框架结构，不宜在楼层半层处单面设置挑梁。
5、设计实例
霸州市某商务会馆，楼长18.0m，宽13.4m，设计3层，层高3.6m，建筑面积为723.6m2，结构高10.8m，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度0．20g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，采用异形柱框架结构，异形柱框架抗震等级为二级。采用SATWE程序分析，各层间位移角满足异形柱技术规程对层问位移的规定；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。
6、结束语
异形柱框架结构有较大市场需求，在结构设计中应根据异形柱框架结构的受力特点，了解结构破坏机理，选用合理的结构布置形式，充分掌握计算分析的方法，优化结构构造，正确判断计算结构的合理性，根据判断结果合理配置异形柱结构截面钢筋，保证建筑结构安全、稳固。
参考文献
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[2]唐剑．不同轴压比的钢筋混凝土异形柱受力性能模拟分析[J]．江西建材，2006，（1）．
[3]陈伟等．钢筋混凝土不等肢异形柱截面延性最不利荷载方向的研究[J]．四川建筑科学研究．2006，32（1）：32-36．
论文作者:卢国佳
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/16
标签：结构论文; 异形论文; 模型论文; 弯矩论文; 剪力论文; 钢筋混凝土论文; 框架结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第23期论文;