浅谈异形柱框架结构在民用住宅设计中的应用

姚骥华

【摘 要】随着社会的发展，人们对房屋建筑的要求也越来越高。而在现代的建筑工程中，随着建筑行业的蓬勃发展，建筑材料质量和施工工艺水平都有了大幅度提升，从而为现代的建筑工程建设打下了坚实的基础。在现代的建筑工程中，通常会应用到异形柱框架结构。异形柱框架结构能够有效的提高建筑工程的质量和稳定性，从而满足人们对建筑性能和质量的要求。本文通过对异形柱框架结构的深入研究，并对其在现代民用住宅设计中的应用进行了深入分析，然后提出了异形柱框架结构在民用建筑设计中的注意事项以及处理方法，以供同行探讨。

【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

随着社会的发展，人们的对建筑的布局和质量以及性能也提出了更高的要求。然而由于传统的框架结构严重的制约了人们对房屋室内空间的自由规划，因此传统的框架结构已经完全不能满足人们对建筑平面布局的需求。因此，为了满足人们对建筑室内的自由规划，异形柱框架结构应运而生，并迅速被应用在现代的民用住宅设计中，随着异形柱框架结构的应用，有效的解决了建筑平面布局的情况。通过本文对异形柱框架结构在民用住宅设计中应用的深入分析，总结出，在民用住宅设计中，在满足人们对建筑功能需求的前提下，还应该注重建筑的质量和保证建筑结构安全。而结构构造对于整个设计有着重要的意义。特别是对于异形柱框架结构来说，其在民用住宅设计中其实就是梁柱节点域的设计。总而言之，随着社会的发展，异形柱框架结构在现代的建筑领域中，一定会有更大的发展空间，但是其在实际的应用过程中，必须要科学合理的进行设计和施工，才能够保证异形柱框架结构的质量和性能。