摘要：通过对异形柱的结构设计，对多层住宅采用异形柱框架结构进行分析，为异形柱框架结构的设计提供了一个工程实例。
关键词：异形柱框架结构；轴压比；设计
异形柱结构是指全部或部分柱截面为L形、T形、十字形、Z字形（以L形柱作角柱，T形柱作边柱，十字形柱作中柱），截面高与肢厚之比小于或等于4的框架结构。混凝土异形柱结构体系是以异形柱代替一般框架柱作为竖向支撑构件而构成的结构体系。
混凝土异形柱框架结构的发展与应用
由于人们生活水平的提高，住房条件也得到了较大的改善，人们在追求舒适性的同时开始越来越注重美观及结构布置的多样性。矩形截面柱在布置时经常出现室内的棱角，影响了美观，也减小了使用面积。在商品房时代，为了弥补矩形柱的不足，满足人们对住宅建筑的需求，落实国家墙体改革政策，天津市20世纪70年代开始在住宅结构中采用异形柱框架结构体系，从1988年起经历了三年三大步的持续发展，逐步在天津市及全国各地住宅结构中推广了异形柱框架结构体系。1999年，国务院办公厅72号文件《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量若干意见的通知》的“加强新型结构技术的开发研究”专题中'，将异形柱框架体系列为住宅建设的五种结构体系之一。
混凝土异形柱框架结构的优点
①异形柱结构体系避免了普通框架柱在室内凸出、占用建筑空间的问题，改善了建筑观瞻，为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性。由于室内不见棱角，围护墙及隔墙较薄，与黏土砖结构相比，增加使用面积8%一10%；与矩形柱框架结构相比，增加使用面积0.6%一1.2%以上。②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，推荐使用轻质填充墙，可以使结构平均自重不超过12—14kN/㎡，以此来代替传统的烧结黏土砖墙，以贯彻国家关于节约能源、节约土地、利用废料、保护环境的政策。采用异形柱框架结构，是墙体改革、节约能源消耗、减轻建筑物自重、增加使用面积、适应功能变化需求的主要途径之一。
工程实例
（1）工程概况：某地区住宅楼，地上五层坡屋顶，地下一层储藏室，选用异形柱框架剪力墙结构。
本工程异形柱柱肢厚度为200，肢长与肢厚之比控制在2.5-4，柱截面定为500x500，L型异形柱定为200x700x700，Z型异形柱定为200x500x600x800。地下室顶板、外墙、框架（异性）柱、剪力墙采用C30混凝土，构造柱、现浇过梁采用C25混凝土，地下室外墙厚度250mm。
场地土类别为II类，特征周期为0.45s，抗震设防烈度为6度，异形柱框架结构抗震等级为四级，剪力墙抗震等级为三级，计算阵型个数为12个。中梁截面惯性矩放大系数为2.0；梁端弯矩调幅系数为0.85；考虑非承重填充墙影响周期折减系数为0.75；混凝土容重考虑梁柱粉刷的影响为27KN/m³。
（2）设计构造：
①楼梯间、电梯井宜根据建筑布置及受力的需要，合理地布置剪力墙、一般框架柱或肢端设暗柱的异形柱；一、二级抗震等级的房屋角部异形柱以及地震区楼梯间，异形柱肢端（转角处）应设暗柱，有条件时可布置成剪力墙或一般框架柱。肢端（转角处）设暗柱时，暗柱沿肢高方向尺寸a不应小于120mm。
②当异形柱结构的地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层与首层的侧向刚度比不宜小于2，地下一层及以下不应采用异形柱，地下一层结构的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。
③框架结构的地震作用一般情况下，应至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。异形柱结构的地震作用计算应至少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，7度（0.15g）和8度（0.20g，0.30g）时尚应对与主轴成45°方向计算水平地震作用并进行抗震验算。
④Z形柱节点核心区腹板构造，当腹板方向无梁时，应在核心区腹板水平箍筋内侧设置暗梁，暗梁高度、配筋均有要求。
⑤框架结构在PKPM计算中一般采用单偏压计算，双偏压验算；异形柱结构则是采用双偏压计算。
⑥轴压比限值是为了满足框架柱在地震作用组合下位移延性的要求，由于异形柱的轴压比限制是取各种荷载角的最低值，所以异形柱的轴压比限值比矩形柱的轴压比限值要低，并且根据异形柱的形状不同而变化。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，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。
⑦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2C14的构造纵筋，箍筋同柱，这样可限制柱肢混凝土裂缝的开展，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。相同配筋率下，箍筋直径越大，其延性指标越好，因而箍筋用C8、C10，其间距可比普通柱箍筋间距小。
结束语
异形柱的选用，较大的满足了建筑功能的要求（室内观感较好，同时又增加室内面积的利用），在多层住宅设计中是比较理想一种结构形式。而且合理的选用异形柱，在工程造价上比普通框架结构节省许多，有较大的优越性。
参考文献：
[1]田稳苓，周明杰，陈向上编著，混凝土异形柱结构设计，中国建材工业出版社，2007.10，
[2]混凝土异形柱结构技术规程，JGJ 149-2017，2017.12
[3]魏晶晶 住宅科技 第322期第27卷
论文作者:黄颜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/12
标签：异形论文; 结构论文; 框架结构论文; 混凝土论文; 截面论文; 延性论文; 框架论文; 《基层建设》2019年第25期论文;