【浅谈异形柱结构设计需要注意的一些问题】 建筑结构设计
时间：2019-05-28 03:24:36 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘要：近年来，随着居民对房屋建筑使用要求的不断提高，普通矩形框架结构已经越来越不能满足人们的要求，异形柱结构在剪力墙基础上融合了框架结构的优点，形成一种全新的结构形式有效的满足了使用者的需求，被广泛应用于我国住宅建筑之中。本文针对异形柱结构设计中需要注意的一些问题进行了探讨，以供同行借鉴。
【关键词】 异形柱结构， 受力特点， 框架结构 ，建筑结构设计
Abstract: in recent years, as residents of housing construction requirements of the use of improved, the ordinary rectangular frame structure has been more and more cannot satisfy the requirement of people, special-shaped columns in the shear wall structure based on the advantages of the frame structure fusion, forming a new form of the structure effectively meet the user"s needs, which has been widely used in residential construction of our country. This article in view of the unusual column in the structural design of the need for attention to some problems, the paper discusses the reference for peer.
【 key words 】 special-shaped columns structure, mechanical characteristics, the frame structure, building design
中图分类号： TU318 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
近年来，随着国家经济发展和人民生活水平的不断提高，传统的矩形框架结构和剪力墙结构由于影响室内空间的有效使用和家具的布置，已经不能满足新时期人们的要求。异形柱结构在剪力墙基础上融合了框架结构的优点，形成一种全新的结构形式，在提高房屋抗震性能、增加有效使用面积、降低能源消耗的同时，还有效的提高了房屋空间分隔的灵活性，使房屋的实用性和外观得到极大的改善，被广泛应用于我国住宅建筑之中，得到了极大的推广。但异形柱结构受力特点不同于普通框架结构和剪力墙结构，下面本文就异形柱结构设计中需要注意的一些问题进行探讨。
2 异形柱结构特点
关于异形柱的定义，《混凝土异形柱结构技术规程》（gj149-2006）中给出了明确的规定：截面几何形状为L形、T形或十字形，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。目前常用的异形柱结构形式有异形柱框架结构和异形柱剪力墙结构两种。异形柱结构由于填充墙与柱壁同厚，因此室内不会出现柱楞，且墙体减薄，比砖混结构拥有更大的可使用面积。
异形柱的受力与其截面有着极大的关系，由于墙肢平面内外两个方向上刚度存在较大的差异，因此其内外两个方向的承载能力也存在明显差异。由于长柱控制轴压较小，且长柱构件具有较好的变形能力，这种内外两向差异所引起的剪切变形影响较小，可以不做考虑。但短柱构件变形能力较弱，则必须考虑剪切变形的影响。异形柱多属于短柱且是薄壁构件，其变形能力较弱，延性较差，剪切受力主要依靠柱肢交点协调变形，在肢内产生较大的剪应力和翘曲应力，产生脆性破坏情况比一般截面相对较少。因此，考虑异形柱的变形能力和延性，必须注意轴压比和高长比，以提高其变形能力。
3 异形柱设计基本原则
虽然异形柱结构形式有着极大的优点，并在我国得到了广泛的应用和推广，但并不是说在异形柱结构体系中就应当全部采用异形柱，实际上异形柱的采用是为了适应建筑屋使用要求。在进行异形柱结构设计时，必须以安全性、技术性、经济性作为基本原则。异形柱结构形式并不是适用在任何地方，由于变形能力上的缺陷，仅适用于地震烈度7度以下地区的民用房屋，且多应用于建筑物周边而非中部。
在实际应用中，异形柱结构经常会混合采用墙肢相对较长的剪力墙结构，部分设计人员错误的将异形柱作短肢剪力墙考虑，甚至将整个异形柱结构都按短肢剪力墙考虑，这种错误会造成计算误差影响整个结构和构件的安全性。实际上，异形柱对整个结构的抗侧力刚度有着巨大的影响，其柱截面的特殊性，使得其受力特点同剪力墙结构有着巨大的差别，其荷在作用下的结构反应更为复杂，在设计时需要充分考虑异形柱受力特点确定荷载角、剪跨比、配箍率以及轴压比。
4 异形柱节点受力特性
异形柱结构受力情况极为复杂，且其延性和可变形能力均较差，而节点则是异形柱结构的重要薄弱环节。异形柱结点处于梁与柱的交汇区，承担着将本层和上层荷载和受力传递到下层的重要作用，其核心区受力更为复杂，包括了梁端、柱端弯矩、轴力、剪力、扭矩等的综合作用。一方面，节点需要满足连接构件的承载力要求，包括结构重力荷载和风荷载，在设计时应当以极限荷载状态作为设计基础；另一方面是地震所带来的构件反复变形作用。这与传统的矩形框架结构受力不同，必须对其节点核心区剪承载力进行精密计算，且必须考虑抗震能力要求。
实际上，在高烈度地区使用异形柱结构，所需要考虑的不仅是轴压比，更多的是节点强度。而一方面，异形柱框架肢厚不大，其节点有效水平截面积较小，核心区斜压力较大；另一方面异形柱肢长不大，刚度和变形能力影响下节点剪力远大于矩形柱结构；同时，异形柱多种截面形式也使节点受剪承载力不同于矩形柱结构，因此在设计时必须对节点区域的强度和抗剪能力进行充分验算。总的来说，影响异形柱节点抗剪能力的因素主要包括轴压比和柱截面高度变化两个方面，在设计时需要对这两方面重点考虑。
5 异形柱框架体系
为了提高纵横两个方向上的地震荷载和风荷载，异形柱框架最好设计成双向梁柱刚架体系，梁柱混凝土强度不能低于C20。在设计时，应当按“强柱弱梁”、“密柱小梁”的要求进行。实验数据显示异形柱延性和矩形柱相当，但为了保证其抗震能力，必须使异形柱有较好的延性，限制异形柱在地震荷载作用下的轴压比。在构造异形柱框架体系时，应当遵循国家现行相关规程的基本要求，力求整个结构刚度均匀、构件受力体系明确，不能只顾忌空间使用优势，而忽略了结构性能上需求，尽量加强异形柱的合理布置以使结构平面和刚度分布均匀对称，从而减小地震荷载所引起的扭转效应给整个结构造成的不良影响。在设计梁柱节点时，由于异形柱截面肢宽较小，因此钢筋在梁柱节点位置要适当内移，从而使梁下部钢筋能够直行。而柱与墙体连接处，柱侧面应当预留接结钢筋伸入墙体之中，避免结构形成纵向刚度突变。
6 结束语
总之，异形柱结构体系的出现，虽然极大的改善了房屋空间造型能力，满足了人们对房屋使用性能等方面的要求，但由于异形柱的受力结构同普通剪力墙结构和矩形框架结构有着极大的区别，因此在进行异形柱结构设计时，必须注意分析其受力特点，遵循安全性、技术性、经济性的基本原则，充分考虑其延性和可变形能力，对其抗剪能力、节点强度、轴压比等进行严格验算，力求整个结构刚度均匀、构件受力体系明确，以此保证异形柱结构体系的安全性，避免造成安全隐患。
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