框架结构柱

框架结构柱（精选十篇）

框架结构柱 篇1

1 异形柱框架结构优化设计

异形柱框架结构设计优化主要包括确定梁柱截面尺寸、确定异形柱的轴压比和配筋值以及对异形柱正截面承载力的设计进行简化。异形柱框架结构设计应在刚度等效原则和面积及惯性矩等量的原则下进行, 这样才能得到更为准确的结构内力与变形以及结构的配筋。对于异形柱结构的配筋, 一般可以采用直接计算法、等代矩形计算法、先配筋再复核法, 但不能按普通柱或剪力墙的配筋公式。

1.1 确定梁柱截面尺寸

抗震设计与非抗震设计下结构的梁高分别不应小于400 mm和350 mm。这是为了避免因梁高过小而使柱纵向钢筋在节点核心区内锚固失效。而异形柱截面的肢厚宜取200 mm~300 mm, 肢长取600 mm~800 mm。异形柱截面各肢的肢高与肢厚的比值宜取2.5~4, 若柱肢高厚比大于4, 则肢高最小取500 mm[1]。

1.2 确定异形柱轴压比和配筋值

轴压比是影响混凝土柱延性的重要指标, 而柱子的延性又对结构抗震起着十分重要的作用。因此在进行结构设计时要十分重视对异形框架柱的轴压比的控制。表1为剪跨比大于2且箍筋约束较强时不同截面形状的异形柱的轴压比。

在进行异形柱配筋时, 笔者认为, 应遵循下列要求:1) 同一截面内尽可能使纵向受力钢筋的直径相同, 钢筋直径宜取14 mm~25 mm;2) 异形柱的内折角位置须设纵向受力钢筋;3) 纵向钢筋间距:二、三级抗震下的间距最大值为200 mm;四级不宜大于250 mm;非抗震设计不宜大于300 mm。若不符合以上要求, 则应配置拉筋以及直径大于12 mm的纵向构造钢筋;4) 考虑异形框架柱全部纵向受力钢筋总配筋时的最小配筋率要求如表2所示。

1.3 双偏心受压异形柱正截面承载力简化设计

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建立如图1所示坐标系, 将异形柱截面置于第一象限。A—A为中和轴, R为坐标原点至中和轴的距离, θ为中和轴的法线与X轴的夹角, x, y分别为截面两个方向的形心轴。

截面中和轴方程:

任意一点的应变方程:

其中, c为混凝土原点的应变, 当受压时c为正值。

首先假设R和θ的值, 将R和θ代入式 (2) 求出异形柱中任意一点的应变, 然后由钢筋和混凝土的σ—ε关系, 求得钢筋和混凝土的应力σsj和σcj, 最后由式 (3) ~式 (5) 求出截面的内力。

其中, Mx, My分别为对x, y两个方向截面形心轴的弯矩;N为轴向力;nc, ns分别为混凝土及钢筋单元总数;Aci, Asj分别为第i个混凝土单元和第j个钢筋单元的面积;σci, σsj分别为第i个混凝土单元和第j个钢筋单元的应力;X0, Y0均为截面形心坐标;Xci, Yci均为第i个混凝土单元在X-Y坐标系下的形心坐标;Xsj, Ysj均为第j个钢筋单元在X-Y坐标系下的形心坐标。

将求出的截面内力N, Mx, My与设计值比较, 若满足要求, 则不再进行计算。若不满足要求, 则调整R, θ以及钢筋的直径。

2 工程实例分析

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本工程为6层异形柱框架结构住宅楼, 建筑总高18.3 m, 宽11.5 m, 首层结构层高为3.9 m, 2层~6层为2.9 m, 该住宅楼建于Ⅱ类场地上, 7度抗震设防, 抗震等级为三级, 基本风压及雪压分别为0.35 k N/m2和0.6 k N/m2。

柱网尺寸小于5 m, 除必要位置外, 均设置成矩形柱。因结构一、二层柱的轴力较大, 因此采用C30混凝土, 其余各层采用C25混凝土。异形柱肢长与肢厚的规范取值与实际取值对比见表3。通过SATWE计算得到该异形柱框架结构的最大轴压比为0.6, 最大层间位移角为1/1 239, 均满足要求。

3 结语

异形柱结构越来越广泛地应用于民用建筑中, 但异形柱结构在受力上存在一些缺陷, 国家相关的规范或标准也不完善。我们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。对计算结果应进行全面系统的分析, 力求从整体上判断所设计结构的合理性。

摘要：通过对相关规范进行分析, 提出了异形柱框架结构优化设计的内容及异形柱正截面承载力的简化计算方法, 便于工程设计应用, 为异形柱框架结构的构造设计提供了理论依据, 解决了各地规范取值不统一的问题。

关键词：异形柱,框架结构,结构设计优化,正截面承载力

参考文献

[1]JGJ 149—2006, 混凝土异形柱结构技术规程[S].

[2]周艳.异型柱框架结构设计浅析[J].工程建设与设计, 2006 (1) :29-30.

异型柱框架结构设计探讨论文 篇2

摘 要：从异型柱框架结构的自身受力特点出发，结合工程实践经验提出了异型柱在住宅结构设计中应注意的相关问题。

关键词：异型柱 框架结构 设计方法

一、概述

随着我国住宅产业的迅速发展以及人们对住宅建筑使用要求的不断提高，普通的矩形框架柱会给室内装饰和家具布置带来极大的不便。如何合理地利用建筑物的有效面积，这对住宅结构设计提出了一项新的要求。异型柱框架结构体系在一定程度上满足了上述要求，从结构受力角度来说，它博采框架加剪力墙体系之长，平立面布置近于框架结构，柱的截面形式又不拘泥于矩形，将截面积向工程轴外铺开成T形、十字形、L型等，用较少的混凝土材料，获得了较大的刚度;同时配合轻质填充墙的使用，结构重量比一般框架更轻。适中的刚度和较轻的自重，对减小地震作用很有利，是一种经济合理的抗震住宅结构体系。

二、异型柱受力特点

异型柱结构与普通框架结构相比，有如下受力方面的特点：

1.根据建筑上的需要，异型柱在房间的分隔墙交点处灵活布置，平面刚度疏散均匀，经常会有梁纵、横不贯通，结构较难简化为平面结构计算;

2.立面刚度分布较均匀，异型柱与轻质砌体填充墙在弹性阶段共同工作性能良好;

3.柱采用T形、L形、十字形等截面形式，肢宽厚比在2.5~4.5之间，柱肢薄而狭长，双向压弯效应明显;

4.异形截面仅有一根对称轴或没有对称轴，对荷载的`方向角敏感，抗扭刚度较差，相应地也造成异型柱结构的荷载方向敏感性，且稍有不对称或偏心，抗扭能力降低较大;

5.异形截面的柱肢角部是明显的薄弱部位，尤其是梁底与柱肢交界断面的柱肢角部，应力集中严重;

6.异型柱结构的梁高宽比大，柱肢狭长，使梁柱重叠部分多，在梁端一定范围形成刚域;同时节点区较大而薄，在弹塑性阶段，应计入节点区变形对结构变形的影响;

7.异型柱结构的节点区的受力性能与矩形柱节点有较大区别，一方面由于梁柱薄，施工时混凝土不易振捣密实，再加上梁柱交接处应力集中和后期破坏较重，削减了节点核心区的有效体积，使节点抗剪承载力降低;另一方面，节点区破坏部位向梁端的外移，又缓解了节点区受力的复杂程度，有利于强节点的实现。

三、异型柱框架结构设计中的有关问题

1.结构平面布置

异型柱框架结构的平面布置，除应遵守一般框架结构的构造措施、相关规定、设计要求外，还应考虑自身的特点，注意以下几点：

(1)平面布置宜尽量对称，两个主轴方向要协调，使合力中心尽可能和刚度中心重合，减少偏心距，尽量减少因扭转产生的不利影响;

(2)考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接

(3)各柱肢应尽量对齐，使柱肢与梁一起构成较规则、多跨的抗侧力体系。笔者认为，异型柱设计的目的主要是合理解决小面积房屋的使用问题，应重点布置在房屋中影响房间使用的墙角部位，其它部位从受力合理和施工方便两个方面考虑宜采用矩形截面柱。这样兼顾了使用和经济两个方面，充分发挥了异型柱使用和受力的特点创造出每平方米建筑面积用钢量较低的好指标。

2.设计方法

异型柱和矩形柱的截面形式差异很大，不能简单把矩形柱的计算方法应用到异型柱中。目前，国内可直接进行异型柱截面内力计算和截面设计的软件有建研院的TAT、SATWE程序，广东省建院的SS、SSW程序以及天津大学的钢筋砼异型柱结构配筋计算程序CRSC。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，经过大量工程校算，能有效地满足结构安全性要求。考虑到上述两种规程作为地方标准，具有一定局限性，在设计中还应注意以下几个问题

(1)按肢长与肢宽之比定义异形柱或短肢墙很大程度是为了学术上的便利。但用TAT程序进行结构整体计算时，按异形柱模式可能导致结构刚度下降，应适当增加抗地震力;当按短肢剪力墙模式计算可使梁配筋偏小，应适当调整配筋;

(2)在一般的矩形柱的多层框架结构中侧移多不起控制作用，而对于异形柱框架结构，由于侧向刚度较小，有时侧移会超过规范允许值;

(3)对柱的净高与柱截面长边尺寸之比小于4的异形柱，应沿柱高全高加密箍筋，以减小地震作用下柱剪切脆性破坏的危险性和改善柱的变形性能;

(4)因荷载方向角的任意性，在异形柱内折角处也应设置相同直径的受力筋;

(5)位于L形柱角处的纵向受力钢筋为双向共用;

(6)为安全起见，对抗震等级三级及三级以上的结构，应对节点进行计算，以保证节点区的可靠性;

(7)施工过程中对异形柱及其节点区应加以重视，采用骨料粒径较小的混凝土进行浇筑，以确保施工质量。

3.构造设计

(1)柱壁厚度和砼标号的选择

参照规范及实践经验来看，柱肢的厚度最小不少于160mm，一般常采用200mm 比较合理。对于8层及以上框架其下面两层梁柱节点处的钢筋有时显得比较密集，因此不宜减薄。在梁跨度较大时，柱子往往显得截面不足，轴压比太大，钢筋过分密集。因此最好把一二层柱砼标号提高到 C30左右，避免采用加大壁厚的方案。

(2)纵向钢筋和箍筋

纵向受力钢筋选用时，数量宜少，直径宜大，一般只要不大于Ф25均应选较大的直径减少根数，而每边钢筋的数量宜用2根，多则做两排配置。底层每边钢筋的数量也可以用3根，但穿出楼面的柱筋每边单排配筋还是不要多于2根为宜，否则节点施工困难。

纵向构造钢筋在柱肢宽较大时应该设置，以保证纵向钢筋间距不大于350mm的规范要求，因为异型柱的纵向构造钢筋比较多，因此其直径的选取也是影响经济技术指标的一项因素，根据我国钢筋砼设计规范和国外有关资料以及有关剪力墙的构造规定，笔者认为取Ф12、Ф14还是比较合理的，不必选用更粗的钢筋。

箍筋的设置对抗震设防的影响很大，按我国抗震设计规范中有关规定及参考国内外有关资料，建议箍筋最小直径可以选用Ф6，在加密区的间距为100mm，在非加密区的间距为200mm。

(3)轴压比限值

异形柱在单调荷载，特别在低周反复荷载作用下，粘结破坏较矩形柱严重，延性比普通矩形柱差，因此，异形柱的轴压比限值比矩形柱严格得多。天津《规程》根据截面类型、箍筋间距与纵筋直径比s/d、箍筋直径dv和抗震等级确定，在0.3~0.7之间波动，比矩形柱结构的柱轴压比限值低很多。所以，在程序试算后，应按上述条件初步确定出各柱的轴压比具体限值，并在配筋简图中仔细查看各层柱的计算轴压比是否有超限的。因为此时异形柱的实配纵筋和箍筋还是未知的，PKPM程序无法判断每个柱的轴压比具体限值，只有在轴压比超过矩形柱结构的轴压比限值时，程序才会报告轴压比超限。因此，异形柱的轴压比超限，必须逐一手工核算。

四、结束语

异型柱框架结构的平面布置比普通矩形柱框架灵活，可以较好满足建筑功能的要求，具有良好的发展前景，结构设计人员应充分了解异型柱的受力特点，正确把握设计要点，确保工程结构安全可靠，经济合理。

参考文献

[1] DBJ/TIS-1S-95钢筋混凝土异型柱设计规程.[S] .

[2] DB29-16-98大开间住宅钢筋混凝土异型柱框架结构技术规程.[S].

试论建筑框架结构异形柱设计 篇3

关键词：异形柱；结构；布置；设计

中图分类号：TU375.4 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0085－02

随着人们对住宅空间的要求越来越高，异型柱框架结构体系在一定程度上满足方便的室内装饰和家具布置，得到了广泛运用。在异形柱结构设计中，应重点注意异形柱截面、内力、变形、抗震性能等方面，而结构布置及异形柱选形、异形柱结构计算分析及构造措施等方面则是确保设计质量和结构安全的关键。

1 异形柱在结构设计的一般规定

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。

1.1 结构布置

异形柱框轻结构平面布置的一般原则为：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为：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。

1.2 适用高度及高宽比、长细比、肢长等限制

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

（2）柱净高与截面长边之比即长细比不宜＜4且≤8。根据砼结构规范，长细比＜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＞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。

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

1.3 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。根据规定：抗震设防烈度为7度，房屋高度＜22 m时，为三级抗震，高度≥22 m时，为二级抗震；抗震设防烈度为8度，房屋高度≤25 m时，为二级抗震。广东《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35 m。

异形柱框架结构对房屋高度控制比较严格，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，不可盲目跟风，应严格控制各项设计参数。

2 异形桩受力性能特点及轴压比控制

异形柱设计要比常规矩形截面柱设计复杂得多，对于偏压构件，矩形截面的受压区总是矩形，内力臂较大；而对异形柱，受压区图形通常比较复杂，可能为二边形，也可能为多边形。对于受压区呈多边形分布的截面，压区边缘砼应力过于集中，一旦达到受压强度极限，破坏区域往里渗透得过快，不利于外边缘的砼纤维经历下降段，从而影响整个截面和构件的延性。

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，在受力状态下各肢将产生翘曲正应力和剪应力，剪应力使柱肢砼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。

异形柱在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带未的影响不容忽视，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，PKPM、GSCAD、TBSA等国产结构软件均可做异形柱框架结构计算。但以上计算理论均基于平截面假定，未曾考虑截面翘曲自由度，对于异形柱来说，很可能出现各柱肢单独作用的情况，因此常见的基于平截面假定的公式受到挑战。而对异形柱的分析、试验以及设计方法等一套体系还未完全建立起来，这就给异形柱设计带来了一定的难度，必须在概念设计上予以加强。

作为异形柱延性的保证措施，必须严格控制轴压比，柱应具有足够大的截面尺寸，以防止出现小偏压破坏，满足抗震要求，同时避免长细比＜4的短柱。抗震设计中规范对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱。天津大学的试验研究结果表明：轴压比对异形柱的影响远远超过对普通矩形柱的影响，因此，异形柱的参数控制应比框肢柱更为严格。

3 异形柱框架结构设计构造

3.1 框架柱

（1）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＞25 mm，且≥14 mm：纵筋间距＞250 mm时，应设置纵向构造筋，其直径可采用12 mm，并设拉筋，拉筋间距为箍筋间距的两倍。

（2）柱截面厚度＜200 mm时，纵向受力钢筋每排不应多于2根；肢厚在200～250 mm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＜50 mm。

（3）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＜0.7%，角柱不应＜0.9%；抗震等级为3级时，中柱、边柱不应＜0.6%，角柱不应＜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＞3%。

（4）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，箍筋末端做成≥135 °的弯钩，弯钩端头直段长度不应＜10 d（d为箍筋直径）。

（5）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500 mm者中的最大值，在加密区内，箍筋的直径不变，其间距为100 mm。

3.2 框架节点

（1）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＜50 mm时，在梁四角上的纵向受力钢筋应在离柱边＞800 mm处，且满足＜1/25坡度的条件下向柱筋内侧弯折伸入框架节点内。

（2）当框架梁的截面宽度的任一侧凸出柱边≥50 mm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。

3.3 柱与填充墙的连接

（1）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500 mm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700 mm，填充墙的砌筑砂浆强度等级不应低于M 2.5。

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

4 结束语

总之，异形柱框架结构有着较大的市场需求，具有良好的发展前景，只有充分了解异型柱的受力特点，正确把握设计要点，才能使之有可靠的安全保证。

参考文献

1 郑宏强.探讨异形柱框架结构的设计［J］.山西建筑，2009（24）

2 王丽娟.异形柱框架结构的设计与应用［J］.中外建筑，2007（7）

On the Special－shaped Column Design of Construction Frame Structure

Wei Yu

Abstract: This article first describes the general requirements of special－shaped columns design for frame structure, analyzes the force performance characteristics of special－shaped column and axial compression ratio control, and finally elaborates the special－shaped column design of construction frame structure.

异形柱框架结构设计分析 篇4

1 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。

1.1 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.

1.2 适用高度及高宽比、长细比、肢长等限制

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

(2) 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。

(3) 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3.0 m时, 异形柱的最大肢长可为600 mm;底层层高为4、2 m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150 mm;对高层建筑不应小于200mm

1.3 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<22 m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≤25 m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, 不可麻木跟风, 应严格控制各项设计参数。

2 异形桩受力性能特点及轴压比控制

异形柱设计要比常规矩形截面柱设计复杂得多, 对于偏压构件, 矩形截面的受压区总是矩形, 内力臂较大;而对异形柱, 受压区图形通常比较复杂, 可能为二边形, 也可能为多边形.对于受压区呈多边形分布的截面, 压区边缘砼应力过于集中, 一旦达到受压强度极限, 破坏区域往里渗透得过快, 不利于外边缘的砼纤维经历下降段, 从而影响整个截面和构件的延性。

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, 在受力状态下各肢将产生翘曲正应力和剪应力, 剪应力使柱肢砼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。

异形柱在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带未的影响不容忽视, 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, PKPM、GSCAD、TBSA等国产结构软件均可做异形柱框架结构计算。

但以上计算理论均基于平截面假定, 未曾考虑截面翘曲自由度, 对于异形柱来说, 很可能出现各柱肢单独作用的情况, 因此常见的基于平截面假定的公式受到挑战.而对异形柱的分析、试验以及设计方法等一套体系还没有完全建立起来, 这就给异形柱设计带来一定的难度, 必须在概念设计上予以加强。

作为异形柱延性的保证措施, 必须严格控制轴压比, 柱应具有足够大的截面尺寸, 以防止出现小偏压破坏, 满足抗震要求, 同时避免长细比小于4的短柱.抗震设计中规范对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱.天津大学的试验研究结果表明:轴压比对异形柱的影响远远超过对普通矩形柱的影响, 因此异形柱的参数控制应比框肢柱更为严格。

3 异形柱框架结构设计构造

3.1 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250 mm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200~250 mm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500 mm者中的最大值.在加密区内, 箍筋的直径不变, 间距100mm。

3.2 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50 mm时, 在梁四角上的纵向受力钢筋应在离柱边大于800 mm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50 mm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。

3.3 柱与填充墙的连接

(1) 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500 mm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700 mm.填充墙的砌筑砂浆强度等级不应低于M 2.5。填充墙长度大于5 m时, 墙顶部与梁宜有拉结措施;填充墙高度超过4 m时, 宜在墙高中部设置与柱连接的通长钢筋砼水平墙梁。

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].

框架结构柱 篇5

其直径宜大于暗梁以外板钢筋的直径，但不宜大于柱截面相应边长的1/20;

3暗梁加密区长度内的箍筋肢距、间距应符合《建筑抗震设计规范》GB50011的要求，箍筋肢距不应大于250，箍筋间距不应大于100。加密区外的箍筋在构造上应至少配置四肢箍，直径不应小于8，间距不应大于且不大于300;

4暗梁的箍筋加密区长度除应满足现行《建筑抗震设计规范》GB50011框架梁的要求外，尚不宜小于2h。

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框架结构柱 篇6

【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

浅谈异形柱框架结构设计 篇7

混凝土异形柱中的异形柱是以T形、L形、十形的异形截面的柱子 (简称异形柱) 代替一般框架柱子作为竖向支撑构件而构成的结构, 避免室内出现凹凸现象, 少占建筑空间, 改善建筑功能, 为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性。

1 概念设计在异形柱中的应用

1.1 结构体系

从结构安全和经济合理等方面综合考虑, 其适用的房屋最大高度有所限制, 并且对其最大高宽比也做了相应限制。其中的限定明显高于《建筑结构抗震设计规范》, 对异形柱框架—剪力墙结构在基本振型地震作用下, 框架部分承受的地震倾覆力矩若大于结构总地震倾覆力矩的50%, 其最大适用高度不宜再按框架—剪力墙结构的要求执行。但比框架结构的要求适当放松, 其框架部分的抗震等级应按框架结构确定。对于平面和竖向均不规则的异形柱结构或Ⅳ类场地上的异形柱, 适用的房屋最大高度应适当降低, 一般可降低20%左右。高宽比是对结构刚度、整体稳定, 承载能力和经济合理性的宏观控制。比《高规》中的规定有所加严。在异形柱结构设计中, 根据抗震设防、抗震设防烈度、场地类别、房屋高度和高宽比、施工等因素, 通过安全、技术、经济和使用条件的综合分析比较, 选用合理的结构体系, 所以异形柱尽量做规则, 并且不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式, 且不宜采用单跨框架结构 (框架结构为不应) 。

1.2 结构布置

《规程》根据异形柱结构抗震性能和抗震设计特点, 要求异形柱结构宜采用规则的结构设计方案, 纵横柱网轴线宜分别对齐拉通的要求。上下宜连续贯通落地, 对于不规则结构的异形柱结构进行的严格地限制和约束。

2 结构计算

2.1 地震作用

异形柱与矩形柱具有不同的截面特性及受力特性, 异形柱属于双向偏心受压。正截面承载力随荷载作用方向不同而有较大的差异。在L形、T形和十字形三种异形柱中, 以L形柱的差异最为显著。当异形柱结构混合使用等肢异形柱和不等肢异形柱时, 则差异情况更加错综复杂, 成为异形柱结构地震作用计算中不可忽视的问题。所以对异形柱结构应采用三维空间分析的方法。本《规程》规定7度 (0.15g) 及8度 (0.2g) 抗震设计时才进行45度方向水平地震作用计算和抗震验算, 从中选取最不利工况作为异形柱截面设汁的依据, 以增加异形柱结构抗震设计的安全性。对于扭转不规则的结构, 其水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响, 可不考虑质量偶然偏心的影响;但计算单向地震作用时则应考虑偶然偏心的影响。

2.2 计算参数

对于异形柱结构的内力和变形, 按我国现行规范规定, 均采用弹性方法计算, 在进行结构内力和位移计算时, 可采取楼板在其自身平面内为无限刚性的假定, 以使结构分析的自由度大大减少, 从而减少计算误差。由于非承重填充墙对结构整体刚度的影响增大了对结构的地震作用的影响, 所以采用折减系数Ψc对结构的计算自振周期进行折减。

2.3 水平位移

抗震设计是依据抗震设防三个水准的要求, 采用二阶段设计方法来实现的。并对其水平位移作以限制。

2.4 截面设计

异形柱最小的肢厚不应小于200 mm, 肢高不应小于500 mm。肢高和肢厚之比为2～4柱的正截面承载力, 斜截面受剪承载力和节点核心区受剪承载力的计算。对于同一截面柱在相同的弯矩作用下, 异形柱的正截面承载力及侧向挠度随计算长度Lo及偏心距eo的变化而变化。调整了框架柱节点上、下端弯矩设计值的增大系数, 以提高框架强柱弱梁的理念。同时考虑到异形柱框架结构的角柱为其薄弱部位, 扭转效应对其内力影响较大且受力复杂, 所以对其弯矩进行了调整, 推迟塑性铰的出现。异形柱框架梁柱节点核心区的受剪承载力低于截面面积相同的矩形柱框架粱柱节点核心区的受剪承载力, 是异形柱框架的薄弱环节。为确保梁柱节点核心区受剪承载力的计算, 可采取各类有效措施, 如两端增设支托或水平加腋等构造措施, 以提高和改善粱柱节点核心区的受剪性能。

2.5 结构构造

本《规程》规定了异形柱最小肢厚为200 mm, 最大厚度应小于300 mm。当采用不等肢高时, 两肢肢高比不宜超过1.6, 且肢厚相差不大于50 mm。根据不同的轴压比异形柱箍筋加密区的箍筋配置提出了体积配筋率的要求, 同时也提出了对不同的轴压比柱端加密区对箍筋最小配箍特征值的要求, 以保证异形柱在不利弯矩作用方向角域时也具有足够的延性。异形柱的肢厚有限, 当纵向受力钢筋直径太大 (大于25 mm) , 会造成粘结度不足及节点核心区钢筋设置困难。当纵向受力钢筋直径太小 (小于14 mm) , 在相同的箍筋间距下, 由于s/d增大, 使柱延性下降, 故不宜采用。s/d大, 会加速受压纵筋的压曲;反之, 则可延缓纵筋的压曲, 从而提高异形柱截面的延性。

3 工程实例

3.1 工程概况

某花园洋房地上共7层并且带阁楼的异形框架—剪力墙结构住宅, 设计工程为抗震设防烈度为7度, 设计基本加速度为0.1 g, 设计地震分组为三组, 场地类别为Ⅱ类。本工程平面及竖向均为较规则结构, 底层计算高度为4.5 m, 标准层为3.0 m, 顶层为4.2 m, 总高为23.7 m, 长为50.400 m, 宽为14.900 m。异形柱肢厚取200 mm, 肢高取600 mm～700 mm, 截面形式为T形、L形、十形, 剪力墙厚度为200 mm, 梁截面为200× (400～500) mm, 混凝土强度:一层:柱和剪力墙为C35, 梁、板为C30;其余层:柱和剪力墙为C30, 梁、板为C30。结构平均自重:15 kN/m2～17 kN/m2。

3.2 计算参数

本工程整体分析采用中国建筑科学院PKPM系列SATWE有限元分析软件进行设计, 设计输入参数周期折减系数为0.85, 梁刚度放大系数为2, 连梁刚度折减系数为0.6, 梁、柱按刚域考虑。考虑双向地震作用或偶然偏心, 在计算单向水平地震作用时应计入扭转影响, 柱按双偏心受压;考虑活荷载最不利布置。

3.3 计算结果

抗震等级:框架等级为三级, 剪力墙为二级。结构第一自振周期为0.105 (平动为主) , 结构第二自振周期为0.102 (平动为主) , 结构第三自振周期为0.89 (扭转为主) 。x方向的最小剪重比为2.5%, Y方向的最小剪重比为2.63%。X方向的最大位移角为1/1578, Y方向的最大位移角为1/1450。X方向的楼层最大位移为1.10, Y方向的最大楼层位移1.18。由此得出, 结构平面属于规则结构。X方向的框架柱的地震作用倾覆弯矩占总倾覆弯矩的45.3%, Y方向的框架柱的地震作用倾覆弯矩占总倾覆弯矩的40.5%, 均小于50%, 所以本工程按框架—剪力墙结构考虑。全楼无超筋现象。

根据以上计算输入及输出结果分析得出, 结构设计满足现行《建筑抗震设计规范》和《混凝土异形柱设计规程》的设计要求。

3.4 节点核心区验算

根据SATWE软件的分析结果输出提供的节点内力设计值, 得出异形柱的设计关键部位在梁柱的节点核心区处, 通过验算节点的混凝土达到C35才能满足要求。

4 经济效应

通过异形框架一剪力墙结构同框架—剪力墙结构进行计算配筋和工程量计算, 都比框架—剪力墙的造价高大约在5%～10%, 但建筑的使用面积有所增加, 建筑平面布置更加合理, 因此有广泛的应用价值。

5 结束语

(1) 建议异形柱的肢高尽量采用肢厚的2倍, 肢长和肢高尽量相同。肢长或肢高太长梁柱节点核心区分担的弯矩对结构不利。同时异形柱及异形框架一剪力墙结构不论从经济造价还是建筑使用上, 建议一般在15层以下比较适合。

(2) 设计时应注意异形柱全部纵向受力钢筋的配筋率, 抗震时不应大于3%, 非抗震时不应大于4%。在体积配箍率中fc≥16.7N/mm2, fyv≥300 N/mm2, 并且在异形柱中剪跨比宜大于2, 抗震时不应小于15。

(3) 对于异形框架—剪力墙结构体系, 结构的刚度大, 可以合理布置抗震墙的位置, 使结构成为竖向和平面规则的结构体系, 尽量避免结构扭转。

(4) 地震作用计算时应进行单向、偶然偏心、双向地震作用计算, 对于异形柱本身应按双偏心受压考虑, 且节点核心区按刚域考虑。

(5) 异形柱节点核心区为结构的重点部位, 因此节点设计是保证结构设计满足要求的重要部分。一般采用提高混凝土强度和增加异形柱的肢长、肢高, 但最有效的是增加支托或水平加腋的办法。不管用哪种方法都应在设计和构造方面给予加强, 应尽量满足设计要求。

摘要：住宅设计中采用混凝土异形柱框架结构越来越多。本文详述了混凝土异形柱框架结构中受力特点, 针对异形柱受力破坏机理。指出合理的结构布置、结构计算及构造措施, 以确保结构的安全可靠。

关键词：异形柱,异形柱一剪力墙,节点核心区

参考文献

[1]JGJ149-2006, 混凝土异形柱结构技术规程[S].

[2]GB50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].

异形柱框架结构的特点与设计 篇8

一、异形柱的定义

截面几何形状为L形、T形和十字形, 且截面各肢的肢高与肢厚之比 (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。所谓异形柱框架结构是由异形柱形成框架, 和轻质填充墙组成的结构。根据建筑布置及结构受力的需要, 在异形柱结构中, 框架柱可全部采用异形柱, 也可部分采用一般框架柱。

二、异形柱框架结构的特点

异形柱的截面几何形状为L形、T形和十字形, 截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。混凝土异形柱框架结构是以异形柱代替一般框架柱和梁刚性连接组成的承受竖向和水平作用的结构。

异形柱与矩形柱具有不同的截面特性及受力特性, 实验研究及理论分析表明:异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载 (作用) 方向不同而有较大差异。在L形、T形和十字形三种异形柱中, 以L形柱的差异最为显著。当异形柱结构中混合使用等肢异形柱与不等肢异形柱时, 则差异情况更为错综复杂, 成为异形柱结构地震作用计算中不容忽视的问题。所以对异形柱结构应采用三维空间分析的方法, 目前能用于这种结构抗震分析的常用软件有TAT, SATWE等。

实验表明, 异形柱在单调荷载特别在低周反复荷载作用下粘结破坏较矩形柱严重。对柱的剪跨比不应小于1.5的要求, 是为了避免出现极短柱, 减小地震作用下发生脆性粘结破坏的危险性。为了设计方便, 当反弯点位于层高范围内时柱的净高与柱肢截面高度之比不宜小于4, 抗震设计时不应小于3。

异形柱多为两肢、三肢、甚至四肢, 剪切中心往往在平面尺寸之外, 受力时要靠各肢交点处核心混凝土协调变形和内力分布。由弹性分析知道这种变形协调使各柱肢存在相当的翘曲正应力和剪应力, 而该剪应力的存在, 首先使柱肢混凝土先于普通压剪构件出现裂缝, 其次对各肢相交之核心混凝土, 使其单元应力呈三维剪压状态, 由此使异形柱较普通框架柱变形能力低, 脆性破坏明显。

根据试验研究和理论分析知道, 影响框架柱和剪力墙肢破坏形态的主要因素有:轴压比U, 剪跨比入、配筋率及构造处理。异形柱作为压剪构件, 由于其肢长与肢宽之比以及肢宽等介于普通框架柱和剪力墙肢之间, 说明异形柱是介于两者之间的一种“过渡性”构件。试验和分析表明异形柱作为压剪构件, 其破坏形态有:弯曲破坏, 小偏压破坏, 粘接破坏, 高压剪破坏以及剪压破坏, 剪拉破坏和斜压破坏。和其破坏形态相关的主要因素是:轴压比、柱净高与截面肢长之比 (即剪跨比) 、纵筋配筋率等。通过必要的构造措施可以防止粘结、剪拉及斜压等脆性破坏, 提高柱肢的小偏压及剪压破坏的延性。

试验研究表明, 异形柱框架梁柱节点核心区的受剪承载力低于截面面积相同的矩形柱框架梁柱节点的受剪承载力, 是异形柱框架的薄弱环节。为确保安全, 对抗震设计的二、三、四级抗震等级柱节点核心区以及非抗震设计的梁柱节点核心区, 均应进行受剪承载力计算。在设计中, 尚可采取各类有效措施, 包括例如梁端增设支托或水平加腋等构造措施, 以提高或改善梁柱节点核心区的受剪性能。对于纵横向框架共同交汇的节点, 可以按各自方向分别进行节点核心区受剪承载力计算。

三、异形柱框架结构的计算分析

根据规范要求, 对于矩形柱结构, 当无斜向抗侧力构件时, 结构设计的地震作用方向一般取工程纵横轴方向, 即0°和90°, 以此来求得地震作用下的结构内力, 正截面承载力两个方向分别按单偏压计算配筋, 其承载力基本上可以包括地震作用沿其他方向的情况。但对于异形柱, 由于截面惯性矩沿不同方向差别很大, 地震作用下柱受力的最不利方向不一定是0°或90°, 即仅沿该两个方向计算的正截面配筋并不能完全包括地震作用沿其他方向时的情况, 尤其在高烈度地区体现得更显著。《规程》强制规定, 7°及7°以上时地震作用尚应对与主轴成45°方向进行补充验算。异形柱轴压比控制和梁柱节点核心区受剪承载力计算是异形柱结构设计的两大特色。由于异形柱与矩形柱在截面特性、内力、变形及抗震性能上均有较大差异, 《规程》专门针对异形柱结构特点制定了相应的条文规定, 且比其他规程要求严格。由于异形柱柱截面的特殊性, 其抗震性能较弱。为满足国家抗震设防要求, 保证结构体系具有足够的抗震延性, 根据异形柱截面双向偏压柱的工作机理, 分析影响各种截面形状柱的截面曲率延性的主要因素, 通过分析框架位移延性与梁、柱构件截面曲率延性之间的相互关系及大量的电算分析, 得到了在不同抗震等级下异形柱轴压比与匹配特征值的关系, 据此给出了小于普通柱轴压比的异形柱轴压比限值。此轴压比限值是结构体系抗震性能的重要保证, 设计中尤其注意应使构件满足此限值, 特别是对一些平面不规则的结构更应严格控制。梁柱节点是异形柱结构的薄弱部位。

四、异形柱框架结构设计

(一) 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, 必要时可分两排设置, 两排钢筋之间的净距离不应小于50mm。框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率:抗震等级为Ⅱ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Ⅲ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级、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。箍筋末端做成不小于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, 间距为100mm。

(二) 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。当框架梁截面宽度的任一侧凸出柱边不小于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。

(三) 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2号6钢筋与柱拉结。钢筋由柱的每边伸出, 进入墙内的长度:Ⅱ级抗震时沿填充墙全长设置;Ⅲ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混凝土水平墙梁。

摘要：本文对异形柱的定义, 异形柱框架结构的特点进行分析, 从异形柱框架结构的整体计算及异形柱框架结构设计进行全面阐述。

关键词：异形柱,框架结构,建筑工程

参考文献

[1] .杨超, 张云.异形柱框架结构的特点与设计[J].山西建筑, 2010

[2] .杨纪红.有抗震要求的多层住宅异形柱框架结构设计及优化措施分析探讨[J].中外建筑, 2010

异型柱框架结构的扭转效应计算 篇9

《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149--2006有如下规定：

“异形柱结构的地震作用计算，应符合下列规定：在计算单向水平地震作用时应计入扭转影响；对扭转不规则的结构，水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响。”

关于这条规定，规范第二部分的条文解释如下：国内外历次大地震的震害、试验和理论研究均表明，平面不规则，质量与刚度偏心和抗扭刚度太弱的结构，扭转效应可能导致结构严重的震害，对异形柱结构尤其需要在抗震设计中加以重视。条文中所指“扭转不规则的结构”，可按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011有关规定的条件 (即扭转位移比大于1.20) 来判别，此时异形柱结构的水平地震作用计算应计入双向水平地震作用下的扭转影响，并可不考虑质量偶然偏心的影响；而计算单向地震作用时则应考虑偶然偏心的影响。

根据规范规定及结合条文分析，我们不难得出如下结论：对于扭转规则结构（即扭转位移比不大于1.20），可仅计算单向地震作用，同时考虑偶然偏心来计算结构的扭转效应；对于扭转不规则结构（即扭转位移比大于1.20），应计算双向地震作用来考虑扭转效应，此时可不再考虑偶然偏心。很显然，根据规范的条文理解，计算双向地震作用应该是比计算同时考虑偶然偏心的单向地震作用更为不利。

但是笔者通过进一步分析设计过的多个异形柱框架结构项目发现，对于一般较规则的异形柱框架结构，在地震力作用下，只考虑偶然偏心并计算单向地震作用时异形柱框架结构的内力往往比只计算双向地震作用但不同时考虑偶然偏心时的内力还要大，尤其是边榀柱配筋的差别尤其明显。

关于偶然偏心计算，《建筑抗震设计规范》GB50011-2001有如下规定：

“建筑结构估计水平地震作用扭转影响时，应按下列规定计算其地震作用和作用效应：1.规则结构不进行扭转耦联计算时，平行于地震作用方向的两个边榀，其地震作用效应应乘以增大系数。一般情况下，短边可按1.15采用，长边可按1.05采用；当扭转刚度较小时，宜按不小于1.3采用。”

据此规定我们不难理解考虑偶然偏心时结构边榀内力较大的现象，因为规范本来就是用放大边榀内力的方法来近似考虑偶然偏心作用的。但是也不难看出，这种方法是具有一定局限性的。因为按上面分析《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149-2006相关条文得出的结论，计算双向地震作用应该是比计算同时考虑偶然偏心的单向地震作用更为不利的，同时规范应该是认为考虑双向地震作用能更准确地计算结构在地震力作用下的扭转效应，但是通过实际工程的计算结果表明，只考虑偶然偏心并计算单向地震作用往往比只计算双向地震作用但不同时考虑偶然偏心更不利，所以这个结论的前半部分显然不能成立。而结论的后半部分通过分析规范的计算公式及相关条文解释，笔者认为应该是成立的：就是考虑双向地震作用能比考虑偶然偏心更准确地计算结构在地震力作用下的扭转效应。

通过以上分析得出的结论，笔者认为在异形柱框架结构的设计工作中，对于扭转规则结构（即扭转位移比不大于1.20），当采用考虑偶然偏心来计算结构的扭转效应时，如果边榀梁柱配筋太大，造成设计及施工困难，可改为计算双向地震作用来考虑扭转效应。这里有一个原因是考虑双向地震作用能比考虑偶然偏心更准确地计算结构在地震力作用下的扭转效应，还有一个很重要的原因就是异形柱框架结构节点相对薄弱的固有特性。为了更好的说明这个问题，举个简单的工程实例，七度区，二类场地土，2层异形柱框架结构，柱肢厚度和梁宽度均为200mm，考虑偶然偏心时边榀柱纵筋和梁纵筋往往都需要配到22mm、25mm直径钢筋，有时配筋甚至大到用25mm直径钢筋都配不下。假设节点处梁柱配筋均为2根22mm直径的钢筋，柱保护层厚度取30mm，节点混凝土厚度只剩下200-4x22-2x30=52mm，这还是最理想的状态，算上施工误差，50mm都很难保证，这么小的一块节点如何保证施工质量？就算施工队水平真的很高，能保证施工质量，这样的节点在地震作用下能做到强节点吗？笔者对于这种结构的抗震延性持有很大的怀疑态度。

作为一个合格的结构设计工程师，不能生搬硬套规范条文，而应该是理解和利用规范条文来指导结构设计工作；结构设计师应该多下工地，多了解现场情况，千万不能天马行空，设计出来的结构虽然满足了规范要求，但是实际可行性却很差。

摘要：笔者通过对比多个本人设计的一般框架结构和异形柱框架结构项目后发现, 异形柱框架结构对地震力的扭转效应较一般框架结构要敏感得多, 通过进一步分析笔者还发现, 对于一般较规则的异形柱框架结构, 在地震力作用下, 只考虑偶然偏心时异形柱框架结构的内力往往比只考虑双向地震时的内力还要大, 本文就此问题探讨规范相关条文的合理性及提出相关设计的合理化建议。

关键词：异形柱,扭转不规则,偶然偏心,双向地震

参考文献

[1]《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ149-2006.

[2]《建筑抗震设计规范》GB50011-2001.

异形柱框架结构的住宅小区设计 篇10

浙江某花园住宅小区的建筑面积达230 000 m2, 在这当中, 有16幢异形柱框轻结构住宅, 总面积约达120 000 m2, 包括五层住宅与七层带电梯住宅两类, 但不管哪类, 都设置了库房、地下车库以及顶层楼阁。从整体上看, 住宅平面是错层式, 地下层高为2.65 m、3.12 m, 七层高为3.35 m、3 m, 标准层的高度为3 m, 楼阁层的高度为3.35 m。具体参见图1。

依照建设使用功能的要求, 结合框轻结构的自身情况, 内隔墙应选取厚为80 mm的GRC轻质墙板 (0.45 k N/m2) , 分户墙则应采用厚度为250 mm的加气混凝土砌块 (7 k N/m3) , 梁柱外贴厚度为50 mm的EPS板, 而外墙则应采用厚度为300 mm的加气混凝土砌块。

从地质报告中可知, 场地土的主要构成要素有细砂、粉土以及粉质粘土, 某住宅花园小区是中软场地, 属于II类场地, 地下水位大概有15 m深, 基本地震烈度有6°, 场地中不存在任何地震液化现象, 因此它是建筑有利地段。

按照工程特征与地基情况, 应采用没有设置伸缩缝的筏板, 若筏板的长度大于45 m, 则应设置一道施工后浇带;板的厚度为500 mm (五层) 与600 mm (七层) , 因为南北私家花园比室外地面更高900 mm及1 050 mm, 半地下室东西山墙是360 mm实心砖墙, 南北纵向外墙除却单个车库入口之外全都是200 mm的混凝土墙。

二、结构布置与选型

本工程A座住宅楼地面以上有7层, 但还有阁楼层与半地下室, 所以其结构层事实上有9层。以室外地面为计算始点, 其高度远远超过浙江异形柱规程给异形柱框轻体系框架结构下的25 m高的要求, 且该建筑规定要设置电梯井, 所以需采用异形柱框一剪结构体系。在符合层间位移要求的同时, 使得剪力墙部分承受的结构底部地震弯距比结构底部总地震弯距大一半, 当然, 为了减少结构自身的重量及其刚度, 剪力墙的安设数量应尽量少点, 且安设要匀称, 以防扭转时产生不利影响。针对较长的墙肢, 则应开洞口, 让各个墙段均匀受力。

异形柱的安设及其尺寸要与构造与轴压比要求相符, 在设防时要采用较多梁配筋, 梁宽与柱肢的厚度都定位250 mm。通常来说, 柱肢有550~750 mm长, 但是因为在跃层处梁竖向错位, 因此柱净高是2 100 mm, 管控此处的柱肢长应超过650 mm, 让柱净高超过肢长3个单位, 以防超短柱产生。此外, 在设计过程中, 要尽量采用T形柱与十字形柱, 减少L形柱的运用, 尽可能地防止一字形柱的出现。

三、结构计算分析与对比

异形框架柱截面有很多形式, 并且在两个主轴方向上的承载能力与刚度也许会出现很大差别, 因此要在整体设计过程中采用三维分析手段以将各个构件的实际受力状态准确地体现出来。当前, 我国运用较为广泛的三维分析软件主要有建研院的TAT、TBSA等, 而TBSA无法将异形柱截面形式直接输入, 且将异形柱的配筋计算出来, 因此必须要依据双向刚度相等的原则把异形柱改成等效矩形截面抑或是把异形柱依据短肢剪力墙的方式输入。依据等效矩形截面柱计算的过程中, 如果柱截面存在误差, 且柱主轴角度与柱截面形心处存在很大的变化, 梁的计算长度不会发生太大的改变, 故其整体的构件内力与计算结果的准确度较高;如果依据短肢墙计算, 那么因在柱范围内梁可能是刚域, 因此梁配筋才长度会相对应地减小, 而梁的计算长度会变得短一些。总体刚度计算较大, 特别是纯框架的计算, 其明显大很多。SATWE、TAT在异形柱计算过程中, 若框架梁的计算长度等于两个柱形心之间的距离, 其整体计算和TBSA柱模型差不多, 那么其在异形柱截面配筋求算的过程中, 要把作用在柱主形心的内力依据材料力学的手段安置于柱肢平面内, 采用每柱肢依据单向偏心受压对称配筋矩形截面求算, 除却柱肢平面, 配筋计算比较简单。

和SATWE、TATA差不多的是, 异形柱计算模型的剪力墙选用的是薄壁柱模型。但其不同于其它软件的是, 在异形柱截面计算配筋过程中, 采取数值积分法依据双向偏心受压的方式计算配筋的结果的准确度较高。目前, 我国仅存的异形柱地方标准只有两个, 因此, 出于结构安全考虑, 本工程结构计算分别采用了TAT与TBSA实施对比计算。

纵观其整体计算结果, 我们可知, A座框剪结构TBSA等效柱模型的计算结果与计算结果相差无几, 而B座框架结构计算的结果和计算结果也基本上一致, 存在着2%的差距, 但是必须确保各项数目均处在合理的经验值范围内。这表明, 以上两类软件的总体结果富有可信性, 且异形柱结构的总体刚度和普通柱的整体刚度之间不存在差别。

对比TBSA和配筋结果可看到, 两者梁配筋差不多是一致的, 但是剪力墙配筋之间却存在很大的不同。在一层与半地下层, TBSA的计算结果是剪力墙暗柱中除了小部分长度较大的墙肢之外大部分是构造配筋, 墙身大部分是计算配筋;而配筋结果表明, 墙身是构造配筋, 而剪力墙暗柱的配筋却很大, 部分配筋率大于3%, 两层之上的二者差不多均为构造配筋。在计算时, 笔者观察过此两种软件的编制原理, 也咨询了相关的软件编制单位, 还是未能发现问题的根本所在。后来通过内配筋数据文件与内力的分析计算, 观察到在针对剪力墙实施配筋计算过程中, 依靠多个墙肢构成的联肢墙就如同工字形截面, 因此计算暗柱配筋相当大。并且编制软件的人员也表示, 的确是采用了比较安全的简化手段, 而此手段在剪力墙或者七度区设置次数较多, 剪力墙计算差不多都为构造配筋, 简化模型的安全性较高。

四、构造措施

异形柱框轻结构的住宅层不高, 且柱侧移刚度比较大, 因此底层柱对于一层楼板温度变形的制约力也是比较大的。若房屋长度值过大, 在温度变化过程中就会严重影响到楼板内形成的内力, 使得楼板出现裂缝。所以, 在设计过程中, 本工程严控伸缩缝的间距, 通常使其不超过450 mm。与此同时, 设计楼板负筋在顶层与一层均贯通好, 在中间层一半贯通。

考虑到设备管线的安设要求, 半地下室应安设厚度为450 mm的填土, 且在填土范畴中基础筏板要布置高为400 mm的倒柱帽, 如此不仅能较好地改善筏板的受力性能, 又能满足柱冲切的要求, 减少了板的配筋。事实上, 异形柱框轻结构住宅在住宅室内没有外凸梁柱, 因此剪力墙的边框梁设置成暗梁, 端柱则为暗柱, 它的暗梁配筋除却要与框架梁的构造要求相符之外, 箍筋的长度要加密, 暗柱纵筋的全高加密, 且要满足构造与计算要求。

依据建筑抗震设计规范要求, 柱截面尺寸应超过300 mm。针对建筑规定必选的宽为250 mm的一字形柱, 设计框架要穿越楼梯平台变成中柱, 如此即可减小柱弱轴节点不平衡弯矩, 通过计算, 节点承载力符合规定要求;此外, 要防止将一字形柱当成端柱时框架梁纵筋直段锚固长度不够的情况出现。异形柱框轻结构住宅室内, 凸梁柱一般不会出现在人的视线中, 因此, 剪力墙的边框梁宜设置成暗梁。

端柱则当做暗柱, 其暗梁配筋要与框架梁的构造要求相适应, 箍筋全场加密。暗柱箍筋全高加密, 暗柱纵筋得满足构造要求以及计算要求。相较于A座住宅楼层而言, B座住宅的楼层数少2层, 且采用的结构为框架结构。

异形柱结构梁柱宽度是一样的, 梁柱节点钢筋呈密集分布, 混凝土浇筑的难度较大, 在设计本工程过程中采用了以下几种手段: (1) 严控每排钢筋的数量; (2) 梁纵筋在各个跨度应尽可能选取同一直径, 以防钢筋在支座搭接。事实上, 在施工时还对错层位置上的节点钢筋做了修改, 并在支座处连同安设了梁上下钢筋, 降低钢筋搭接的频率。

五、结语

(1) 在以计算机进行结构分析过程中, 务必要进一步了解计算模型的简化处理, 视其与结构实际工作状况是否相符。同时, 要准确分析判别计算结果的合理性, 酌情考虑运用到工程设计中。

(2) 构件尺寸与结构方案设计需于建筑及其它专业紧密配合, 本工程梁柱选取的是250 mm厚外贴50厚EPS保温板与厚度为300 mm的加气混凝土砌块的外墙, 极大地满足了建筑节能的要求;而半地下室布置厚度为450 mm的填土, 使得设备管线设计与基础筏板设计相统一。

(3) 本工程设计是借鉴其它地方标准进行的, 故把两个计算程序作对比, 选用严格的构造手段, 经过了当地施工图设计审查这关。当前, 该工程已经交付使用多年, 未曾出现过住宅建筑经常存在的楼板裂缝的问题。

摘要：本文以某住宅小区结构设计为例, 针对框架剪力墙与异形柱框架住宅结构设计的状况与计算分析进行论述。同时, 将两类设计软件的求算结果作对比, 给出建议。