韋宗成

（大化縣建筑設(shè)計室，廣西 河池 530800）

隨著我國住宅產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展以及人們對住宅建筑使用要求的不斷提高，普通的矩形柱框架結(jié)構(gòu)，住宅室內(nèi)外露的框架柱影響家具布置空間的使用，較難適應(yīng)業(yè)主的要求。近年來，從多層框架結(jié)構(gòu)衍生發(fā)展的異形柱框架結(jié)構(gòu)因其能根據(jù)建筑物房間布置異形柱，柱肢寬與填充墻基本相同，室內(nèi)不出現(xiàn)柱棱角，平面布置靈活，能較好地滿足建筑使用上和結(jié)構(gòu)性能上的要求，而逐漸得到了推廣應(yīng)用。

1 異型柱框架結(jié)構(gòu)體系的特點

異形柱框架結(jié)構(gòu)是介于短肢剪力墻與矩形框架之間的一種結(jié)構(gòu)體系，其肢高與肢厚之比愈小愈接近框架結(jié)構(gòu)的受力特征，一般應(yīng)用于住宅中。異形柱框架結(jié)構(gòu)的受力特點及功能決定了異型柱框架結(jié)構(gòu)體系具有如下特點：①柱肢厚通常采用180～200 mm，肢厚基本與填充墻等厚，框架梁寬也同墻厚，室內(nèi)不凸出梁柱，便于使用又美觀，同時還增加了房間的使用面積，比相同形式的磚混結(jié)構(gòu)可增加約8%～10%的使用面積；②柱的平面布置很靈活，異型柱結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻通常是非承重的輕質(zhì)隔墻，受建筑的限制較少，這使得房間布置更加靈活，可很好地滿足業(yè)主對大開間建筑的需求；③異型柱框架與矩形框架相比，抗震性能有明顯的提高，質(zhì)量減輕是其抗震性提高的主要原因，此外，抗側(cè)剛度對抗震性能的提高也有一定的影響；④雖然增加了施工難度，但因擴大了使用面積，加之自重較輕，減少了基礎(chǔ)費用，綜合考慮總體經(jīng)濟(jì)效益較好。

2 異型柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計要點

2.1 結(jié)構(gòu)布置

與—般鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)相比，異形柱框架結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)布置時應(yīng)注意以下要點：

（1）為了避免扭轉(zhuǎn)帶來的不利影響，結(jié)構(gòu)平面宜盡量對稱，使平面和剛度均勻，兩個主軸方向應(yīng)協(xié)調(diào)布置；如果有明顯的不對稱，應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)受力的不利影響。

（2）異形框架宜雙向設(shè)置，框架柱應(yīng)對齊，框架梁應(yīng)拉通，避免縱橫框架梁相互支撐，使結(jié)構(gòu)形成空間受力并具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，同時具有良好的整體性和較好的抗震性能。

（3）為了避免過大的外挑和內(nèi)收，防止樓層剛度沿豎向的突變，豎向布置應(yīng)力求體型規(guī)則、均勻，盡量避免錯層。

（4）受力復(fù)雜部位的異形柱，宜采用一般框架柱。

2.2 適用的房屋最大高度和最大高寬

異形柱框架結(jié)構(gòu)在6度（0.05 g）抗震設(shè)防烈度區(qū)，房屋最大高度24 m，高寬比不宜大于4；異形柱框架在7度（0.10 g）抗震設(shè)防烈度區(qū)，要求房屋高度小于35 m，層數(shù)小于12層，建筑物的高寬比不宜大于5；在8度（0.20 g）抗震設(shè)防烈度區(qū)，房屋高度小于25 m，建筑物的高寬比不宜大于4。另外，柱凈高與截面長邊之比，即長細(xì)比宜大于 4小于 8。長細(xì)比小于 4（即短柱），容易發(fā)生脆性剪切破壞；長細(xì)比大于8，易引起失穩(wěn)破壞。

2.3 抗震等級

抗震等級的高低，體現(xiàn)了對抗震性能要求的嚴(yán)格程度，它是計算和構(gòu)造上保證結(jié)構(gòu)延性和變形能力而采取的必要措施?？拐鸬燃壱话愀鶕?jù)地區(qū)的抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)高度來確定。由于異形柱框架其延性低于矩形柱框架，因此其抗震等級也高于同高度的矩形柱框架結(jié)構(gòu)。

2.4 結(jié)構(gòu)計算

異形柱框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移應(yīng)按照彈性方法進(jìn)行計算，并考慮抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的共同作用。一般采用較多的方法是先將異形柱截面換算成等慣性矩的矩形截面柱，然后再利用常用的空間分析程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)和位移的計算等內(nèi)容。異形柱的截面尺寸主要考慮的是軸壓比，還需要同時綜合考慮其他方面的因素。設(shè)計計算內(nèi)容主要包括：異形柱結(jié)構(gòu)截面承載力計算、異形柱結(jié)構(gòu)的延性和剛度計算以及異形柱結(jié)構(gòu)抗震性能的研究等主要內(nèi)容。

3 設(shè)計實例

3.1 工程概況

某建筑地下一層（層高3.6 m），地上7層（層高3 m），頂層為坡屋頂，總層高為3×7＋3.6＝24.6 m。經(jīng)過研究討論，該工程確定采用異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，地下本工程抗震設(shè)防烈度為7度，異形柱框架結(jié)構(gòu)的抗震等級為三級，異形柱結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值為1/600，彈塑性層間位移角限值為1/60，軸壓比限值：L形0.60，T形0.65，十字形0.70。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)層建筑圖

標(biāo)準(zhǔn)層建筑圖，見圖1。

圖1 2、3、4、5層平面圖

3.3 平面布置

（1）鑒于異形柱受力復(fù)雜且抗震性能不好，能采用矩形柱的地方優(yōu)先采用矩形柱，對于臥室等對空間有要求的地方采用異形柱。

（2）設(shè)計時應(yīng)和建筑師商量盡量使縱橫柱網(wǎng)軸線對齊拉通，震害表明柱網(wǎng)軸線不對齊形不成完整的框架，可能因扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和傳力路線中斷等問題引發(fā)嚴(yán)重震害。

（3）對于異形柱結(jié)構(gòu)L形柱宜采用兩肢等長的柱，但是由于建筑方案地下室一側(cè)為停車庫，為了保證車子出入的寬度，這一排異形L柱均采用不等長的柱，但保證兩肢肢高比不超過1.6。

（4）在用 PKPM 建模時，因為建筑圖中有部分軸線間離不大，若建兩個節(jié)點容易出現(xiàn)短梁，而且建兩個節(jié)點柱子只能布置在一個節(jié)點上，另一節(jié)點上的梁程序不可以搭在此柱上，這樣程序計算時容易出錯，所以對此問題的解決辦法是兩軸線間離不大時，一軸線上的梁柱采用偏心方式布置在另一軸線上，這樣就解決了短梁和不認(rèn)梁搭柱的情況。

（5）電算建模中柱子配筋要采用雙偏壓原則，考慮雙向地震作用計算。

3.4 PKPM計算

PKPM計算結(jié)果，見表1、表2。

表1 周期、地震力與振型輸出文件（側(cè)剛分析方法）

表2 SATWE位移輸出文件

PKPM 系統(tǒng)完成了異形柱的布置、計算、施工圖設(shè)計，但在異形柱布置時，要注意偏心、轉(zhuǎn)角的應(yīng)用；在TAT或SATWE計算時要知道異形柱的剛度計算、剛域計算、整體內(nèi)力到柱肢內(nèi)力的分配計算，特別是軸力的分配計算和異形柱的配筋計算；在繪制施工圖時要了解異形柱的構(gòu)造要求和角點筋的配置，架立分布筋的設(shè)置。

3.5 其他方面

頂層托斜層頂?shù)闹?，?guī)程沒涉及，它所受軸力、彎矩均不大，柱本身強度沒問題，關(guān)鍵是頂部結(jié)構(gòu)的整體性能。設(shè)計人員自動把握抗震設(shè)計的異形柱結(jié)構(gòu)不應(yīng)有的錯層，原因是避免形成短柱，但樓梯處容易形成短柱，所以，在樓梯間兩側(cè)布置剪力墻，其他地方可用異形柱，但能用方柱的地方盡量用方柱。

4 結(jié)束語

民用建筑的市場需求日益朝著大開間、大空間的方向發(fā)展，給異形柱框架結(jié)構(gòu)體系帶來了廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在地震烈度7度以下地區(qū)，它不失為一種安全、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案選擇。當(dāng)然，異形柱框架結(jié)構(gòu)的弱點不容忽視，但其優(yōu)點也很明顯。只有在設(shè)計中遵循概念設(shè)計要求，充分了解異形柱的受力特點和破壞機理，選用合理的結(jié)構(gòu)布置，處理好結(jié)構(gòu)構(gòu)造，正確使用計算機分析方法，才能確保結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用。

1 黃東.異型柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個問題探討［J］.沿海企業(yè)與科技，2009（8）

2 《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ149－2006）

3 楊超、張云.異形柱框架結(jié)構(gòu)的特點與設(shè)計［J］.山西建筑，2010（12）