异型柱框架结构设计探讨
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建筑 ・ 划 ・ 规 设计
异型柱框架结构设计探讨
孙 茂 伟
（ 台 市房 产 管理 局 ， 东 烟 台 ２ ４ｏ ） 烟 山 ６０ ｏ
摘 要 ：ｋ ｂ 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
的便利 。但用 Ｔ Ｔ程序进行结构整体 计算 时 ， 异形柱模式 可能导致 Ａ 按 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 。
ｌ 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 ， 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 柱 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。 ２ 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 ￣ ． ． ４ ５ 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。 ３ 异型柱框架结构设计 中的有关问题 ３１ 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。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 响房问使用 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 。 ３ 设计方法 ． ２ 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 Ｔ Ｔ Ａ ＷＥ程序 ，广东 省建 院 的 ｓ 、 Ａ 、Ｓ Ｔ ｓ ＳＷ 程序 以及 天津大学 的钢筋砼异 型柱结构配 筋计算程 序 Ｃ Ｓ 。这 Ｓ ＲＣ 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
３３ 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 １０ ｍ，一般 ６ｍ 常采用 ２ ０ ｍ 比较合理。对于 ８ ０ｍ 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 ， 压 比太大 ，钢筋过分密集 。因此最好 把一 二层柱 轴 砼 标号提高到 Ｃ ０左右 ，避免采用加大壁厚的方案 。 ３ 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 中５ ２ 均应选较大 的直径 减少根数 ，而每边钢筋 的数量宜用 ２ ，多则 根 做两ห้องสมุดไป่ตู้配置 。底层 每边钢筋的数量也可 以用 ３ ，但穿 出楼面的柱筋 根 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 ３ ０ ｍ的规范要 求 ，因为异型柱的纵 向构造钢筋 比较多 ，因此其 ５ｒ ａ 直径的选取也是影 响经济技术指标的一项 因索 ，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 ，取 中ｌ、Ｏ ４还是 ２ １ 比较合理的 ，不必选用更粗的钢筋。
异型柱框架结构设计探讨
孙 茂 伟
（ 台 市房 产 管理 局 ， 东 烟 台 ２ ４ｏ ） 烟 山 ６０ ｏ
摘 要 ：ｋ ｂ 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
的便利 。但用 Ｔ Ｔ程序进行结构整体 计算 时 ， 异形柱模式 可能导致 Ａ 按 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 。
ｌ 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 ， 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 柱 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。 ２ 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 ￣ ． ． ４ ５ 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。 ３ 异型柱框架结构设计 中的有关问题 ３１ 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。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 响房问使用 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 。 ３ 设计方法 ． ２ 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 Ｔ Ｔ Ａ ＷＥ程序 ，广东 省建 院 的 ｓ 、 Ａ 、Ｓ Ｔ ｓ ＳＷ 程序 以及 天津大学 的钢筋砼异 型柱结构配 筋计算程 序 Ｃ Ｓ 。这 Ｓ ＲＣ 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
３３ 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 １０ ｍ，一般 ６ｍ 常采用 ２ ０ ｍ 比较合理。对于 ８ ０ｍ 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 ， 压 比太大 ，钢筋过分密集 。因此最好 把一 二层柱 轴 砼 标号提高到 Ｃ ０左右 ，避免采用加大壁厚的方案 。 ３ 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 中５ ２ 均应选较大 的直径 减少根数 ，而每边钢筋 的数量宜用 ２ ，多则 根 做两ห้องสมุดไป่ตู้配置 。底层 每边钢筋的数量也可 以用 ３ ，但穿 出楼面的柱筋 根 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 ３ ０ ｍ的规范要 求 ，因为异型柱的纵 向构造钢筋 比较多 ，因此其 ５ｒ ａ 直径的选取也是影 响经济技术指标的一项 因索 ，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 ，取 中ｌ、Ｏ ４还是 ２ １ 比较合理的 ，不必选用更粗的钢筋。
