钢筋混凝土异形柱结构设计探讨

王国栋+李东浩

（1河南建工建筑设计研究有限公司 河南 郑州 450001； 2 郑州铁路职业技术学院河南 郑州 450052）

摘 要： 本文分析了建筑结构的破坏机制，从框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构、筒中筒结构几个方面来论述建筑结构的破坏机制，并针对建筑结构的破坏机制提出了设计时应对的若干措施，为从事建筑结构设计的人员提供有益的参考。

关键词： 破坏机制；成本管理；解决措施

1引言

钢筋混凝土异形柱是在传统的矩形柱的基础上发展起来的一种新型结构柱，其截面几何形状为L型、T型和十字型，且截面各短肢的肢高肢厚比不大于的柱[1]。其具有以下特点[2]：填充墙与柱肢厚度相等，室内不出现柱楞，从而使房间平整，布置灵活、方便，没有突起，不占用室内空间；因异形柱柱体与传统柱厚度相比其较薄，因此可以增加建筑有效使用面积8%～10%；填充墙的墙体材料可依据当地保温隔热要求，因地制宜，就地取材，不受地域限制。

本文旨在对异形柱结构设计中的一些问题进行探讨，提出了个人看法，供结构设计人员参考。

2异型柱的设计要点

2.1异形柱结构适用条件：

a） 居住建筑（住宅及宿舍）；

b） 抗震设防烈度为7度（0.10g及0.15g）和8度（0.20g，I、II、III类场地）；

c） 柱网尺寸不宜大于6.6m；

d） 房屋总高度的限制。

2.2异形柱结构的平面布置：

a） 在异形柱结构的一个独立结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则，刚度和承载力分布均匀。

b） 结构平面布置应减小扭转效应的不利影响。在考虑偶然偏心影响的地震作用下，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移分别不宜大于该楼层两端相应平均值的1.2倍，不应大于该楼层两端相应平均值的1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比不应大于0.85。

c）异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构均应设计成双向抗侧力结构体系。

d）异形柱结构的框架纵横柱网轴线宜对齐拉通；异形柱肢截面厚度中线与梁及剪力墙中线宜对齐重合。

2.3异形柱结构的竖向布置：

a） 结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。

b） 异形柱结构的侧向刚度沿竖向宜均匀分布，楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的75%，或其上相邻三层刚度平均值的85%。

c） 楼层抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的85%，不应小于其上一层受剪承载力的70%。

d） 异形柱框架不应采用楼层错层的设计方案。

e） 异形柱不宜在楼层半层处单面设置挑梁。

f） 异形柱结构不应用于单跨框架结构。

2.4异形柱结构的竖向布置：

a） 结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。

b） 异形柱结构的侧向刚度沿竖向宜均匀分布，楼层侧向刚度不宜小于相邻上部楼层侧向刚度的75%，或其上相邻三层刚度平均值的85%。 c） 楼层抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的85%，不应小于其上一层受剪承载力的70%。

d） 异形柱框架不应采用楼层错层的设计方案。

e） 异形柱不宜在楼层半层处单面设置挑梁。

2.5异形柱结构应按下列原则考虑地震作用：

a） 抗侧力结构正交布置时，应允许在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用。

b） 有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15度时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。

c） 质量与刚度明显不对称、不均匀的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响；其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。

2.5异形柱结构应根据不同情况，分别采用下列地震作用计算方法：

a） 异形柱结构宜采用振型分解反应谱法，当质量和刚度不对称、不均匀时应采用考虑扭转耦联振动影响的振型分解反应谱法。

b） 高度不超过40m，以剪切变形为猪，且质量与刚度沿高度分布较均匀的异形柱结构，可采用底部剪力法。

2.6异形柱结构构造做法：

a） 异形柱截面各肢肢高与肢厚之比不应大于4，且肢厚不应小于200mm，肢高不应小于500mm。

b） 框架梁截面高度Hb可按（1/10～1/15）L？b确定（Lb为计算跨度），且不应小于400mm。梁的截面宽度Bb不宜小于1/4Hb及200mm。

32异型柱的计算要点

异形柱结构结构由于其自身的特点从而决定其抗震性能、受力性能等与矩形柱结构的不同。这是由于异形柱由于其自身截面的不对称性，从而在水平力的作用下由于会产生偏心，而这种偏心的话会给给异形柱产出双向偏心，这种双向偏心的话会给异形柱的承载力带来不利的影响。因此，对异形柱结构应按照体系考虑，宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行位移和内力分析。因为异形柱与剪力墙的受力不同，所以计算时不应将异形柱按剪力墙建模型计算。

对异形柱框架结构，一般宜按等效按刚度对其折算成普通框架进行内力与位移分析。但是当刚度相等时，矩形柱比异形柱的截面面积大。一般比值（A矩/A异）约在1.10-1.30之间[1]。所以，用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱，故笔者建议用比值（A矩/A异）对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱，这样才能较准确分析其内力与变形分析，否则则失真。

对有剪力墙（或核心筒）的异形柱结构，由于异形柱在水平力的作用下，其刚度相对较小，故其分担的水平剪力很小，由此产生的翘曲应力基本可以忽略。为简化计算，可按面积等效或刚度等效折算成普通框架—剪力墙（或核心筒）结构进行内力与位移分析。按面积等效更能反映异形柱轴压比的情况，且面积等效计算更为简化、方便。但应注意，按面积等效计算时，须同时满足下面两式：

（1）A矩=A异；（2）b/h=（Ix异/Iy异）1/2

式中，A矩、A异——分别为矩形柱和异形柱的截面面积；

b、h——分别为矩形截面的宽和高；

Ix异、Iy异——分别为异形柱截面x、y向的主形心惯性矩。

一般，应当注意到按面积等效计算时，矩形柱的几何形状由于规则不同于异形柱，故造成同等面积情况下，矩形柱的惯性矩比异形柱的小。但对有剪力墙（或核心筒）的异形柱结构，计算分析表明[2]，按面积等效与按刚度等效的计算结果是接近的。

异形柱的截面设计，可根据上述方法得出的内力，采用适合异形柱截面受力特性的截面计算方法进行配筋计算。

3 结论

建筑结构的安全性关系到建筑物的安全，其一旦发生破坏会给人民群众的生命财产带来严重的损失。所以，我們应当重视建筑结构的破坏机制，进而重视建筑结构的相关破坏机制，从而为保障我国的建筑安全提供有益的参考。

参考文献

[1]JGJ 149-2006 混凝土异形柱结构技术规程 [S]北京：中国建筑工业出版社，2006.8.

[2]史庆轩.钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏评估[D]西安建筑科技大学，2003.

[3]梁兴文.混凝土结构设计[M]北京：中国建筑工业出版社出版社，2011.12.

[4]GB50010-2010混凝土结构设计规范[S]北京：中国建筑工业出版社出版社，2010.8.