浅谈异形柱设计在建筑工程中的运用

浅谈异形柱设计在建筑工程中的运用

摘要：随着社会的发展和科技的进步，居民对于住房的舒适、美观要求越来越高，因此，应现代住宅建筑设计布局要求，将异形柱能代替矩形柱，便是这种讲究中所产生的结构形式。本文认真分析了异形柱设计、计算方法和在建筑工程中的运用并提出了自己几点看法。

关键词:异形柱；异形柱设计；运用

引言

近几年来，随着国家经济发展和人民生活水平的提高，人们对建筑工程的要求越来越高。既要求室内平面布置灵活适应性强又可兼顾采光外立面美观。以往北方地区多层住宅建筑结构大多采用砖混这一传统结构，受分隔规则、开间较小、可变性差等先天因素制约，砖混房屋无法满足人们对建筑使用功能的不同要求。

混凝土异形柱结构是以t形、l形、十字形的异形截面柱代替一般框架柱作为竖向支承构件的结构,以避免框架柱在室内凸出，少占建筑空间，改善建筑观瞻，为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性；同时结合墙体改革，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，代替传统的烧结普通砖墙，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。

一、异形柱的结构特点

(一)异形柱的结构。异形柱是除矩形柱和圆形柱以外的各种截面柱子的统称，建筑工程上使用的异形柱一般有l形柱、十字柱、t形柱、y形柱等几种。异形柱的布置原则是使楼盖分格区间的大小均匀，尽可能的减小各方向梁板的跨度。

(二)异形柱构造要求。异形柱构造应满足现行国家施工规程、结构设计的基本要求。异形柱在结构上，应严格遵守国家规定的设计原则。力求结构平面整齐、刚度均匀，构件传力明确，柱的轴压比应满足一定的要求。只有选型合理，设计构造符合规范要求，才能使异形柱在建筑工程中得到较好应用。

(三)异形柱框轻结构平面布置原则：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。

二、异形柱的计算方法

对于多高层框架来说，对结构内力分析影响最大的是柱子的形心主轴惯性矩，而截面面积和抗扭矩影响很小，因此只要保证将异形柱形心主轴惯性矩正确输入电算程序中局部坐标系下的单元刚度矩阵，就能较准确地计算出异形柱框架的内力和变形。为了使现有的高层结构分析软件在计算异形柱框架时能够反映这一要求，应该按照等效刚度的原则。

直接计算法。根据国内外的部分试验结果,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于x轴及y轴，考虑相应的初始偏心距增大系数后，按仅考虑两对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，然后以初始偏心距与截面边长的比值为参数进行修正。

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。

二、异形柱在建筑工程中的运用

（一）异形柱的特点。由于异形柱截面不等，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，其各向承载能力不同；对于长柱(h/h>4)可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。而对短柱(h/h<4)，剪切变形占有相当比例，构件变形能力下降；异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显；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证明，异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等。

（二）异形柱的运用条件。钢筋混凝土异形柱，是指截面形式除矩形、圆形以外的柱，如“t”形边柱、“十”字形中柱、“l”形角柱等。钢筋混凝土异形柱框架结构是指仅由异形柱作为竖向构件组成的结构体系。它的使用条件本着安全、技术先进、经济合理的设计原则，异形柱框架结构形式适用于地震烈度7度及以下地区的民用房屋，尤其适用于带错层越层的多层复杂住宅和小高层。

（三）由于在实际工作中，所布置的往往不全是异形柱，其中经常会混合采用墙肢相对较长的剪力墙。在这类结构的计算模型输入时，有的设计人员往往把异形柱按短肢剪力墙输入，有的甚至将异形柱框架结构全部按短肢剪力墙输入，这样势必造成一些计算误差，而且发现有些构件的计算误差会影响结构、构件的安全。不同的计算模型无论对异形柱结构体系的自振周期、结构侧移，还是基底弯矩和剪力、梁柱内力等都会产生很大的影响。

三、异形柱的运用总结

（一）随着异形柱在工程中的应用推广，有些人认为：既然有异形柱体系便应该是全部柱子均采用异形柱。其实，异形柱只是为了适应建筑上较高的使用要求而采用的，它多布置在建筑物的周边，而中部仍然采用矩形柱较为安全合理。因此，异形柱框架结构并不仅仅是单指全部柱截面均为矩形截面。

（二）对框架结构，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指标。由试验结构分析，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经很小，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。

（三）由于在实际工作中，所布置的往往不全是异形柱，其中经常会混合采用墙肢相对较长的剪力墙。在这类结构的计算模型输入时，有的设计人员往往把异形柱按短肢剪力墙输入，有的甚至将异形柱框架结构全部按短肢剪力墙输入，这样定会造成计算误差，而且这些构件的计算误差会影响倒结构、构件的安全系数。不同的计算模型无论对异形柱结构体系的自振周期、结构侧移，还是基底弯矩和剪力、梁柱内力都会产生很大的影响。

异形柱避免了框架柱在室内凸出，少占