浅议住宅建筑中异形柱结构设计建筑结构设计

1、浅议住宅建筑中异形柱结构设计建筑结构设计1、前言随着我国住宅产业的迅速发展，人们对住宅建筑使用的要求越来越高，由于普通的矩形框架柱局限了室内装饰、空间使用和家具的布置，所以异形柱的使用就显得尤为重要。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构成的结构，避免了框架柱在室内的凸出，增加住宅装修使用空间，改善建筑观瞻，为建筑设计及使用功能带来灵活和方便性，加上良好的抗震性，是一种经济合理的住宅结构体系。2、异形柱在住宅建筑结构设计中的一般规定国家对异形柱设计是非常慎重的，能够借鉴的也只有极少规程，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。结构布

2、置异形柱框轻结构平面、竖向布置的一般原则：、异形柱结构的一个独立单元内，结构的平面形状宜简单、规则、对称，减少偏心，刚度和承载力分布宜均匀。、异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通；异形柱截面肢厚中心线宜与框架梁及剪力墙中心线对齐。、结构的侧向刚度沿竖向宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力沿竖向的突变，竖向结构构件的截面尺寸和材料强度不宜在同一楼层变化。、异形柱框架剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐连续贯通房屋全高。、异形柱结构的楼梯间、电梯井应根据建筑布置及结构抗侧作用的需要，合理地布置剪力墙或一般框架柱，受力复杂部位的异形柱宜采用一般框架柱。、底部抽柱带转换层的异形柱结构，底部

3、托柱框架不应采用单跨框架，转换层下部结构的框架柱不应采用异形柱，底部抽柱数不宜超过转换层相邻上部楼层框架柱总数的30%。合理的结构布置无论在抗震设计还是非抗震设计中都具有重要的意义，结构的平面和竖向布置宜简单、规则、均匀，这需要结构工程师和建筑师密切协调配合，兼顾建筑功能与结构功能的合理性。适用高度及高宽比、长细比、肢长等限制异形柱根架在7度抗震设防烈度区，要求房屋高度不大于35m，高宽比不宜超过5；8度区房屋高度不大于25m，高宽比不宜超过4。柱净高与截面长边之比即长细比不宜小于4且不大于8。根据混凝土结构规范，长细比小于4即为短柱，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

4、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。根据长细比不宜小于4，在梁高为600mm的前提下，当标准层层高为3.0m时，异形柱的最大肢长可为600mm；底层层高为4.2m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150mm；对高层建筑不应小于200mm。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22m时，为三级抗震，高度A22m时，为二级抗震；抗震设防烈度为8度，房屋高度w25

5、m时，为二级抗震。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，房地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。3、异形柱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

6、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来的影响不容忽视，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、TAT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

7、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。异形柱结构的计算自振周期折减系数的取值在混凝土异形柱结构技术规程中作了规定：1、框架结构可取0.60.75,周期折减的目的是为了充分考虑框架结构和框架-剪力墙结构的填充墙刚度对计算周期的影响，当采用轻质墙体材料作填充墙时，可取较大值。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

8、于普通柱。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。4、异形柱框架结构设计构造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2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200250mm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

9、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H、m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100mm。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

10、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。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，且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砼水平墙梁