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摘要：文章着重阐述了异形柱的结构选型、使用范围、内力计算和构造要求。
關键词: 异形柱 住宅 结构设计 构造
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
近年来，从多层框架结构结构衍生发展的异形柱框架结构，由于其避免了框架柱在室内的凸出，改善建筑观瞻，为建筑设计及其使用功能带来更多的灵活和方便，使得异形柱结构在多层、住宅建筑中逐渐得以推广应用。钢筋混凝土异形柱框架结构有如下特点：
(1).具有一遍矩形柱框架结构整体性较强，抗震延性好的优点；
(2).兼有砖混结构的优点，使用面积增加8~10%，同时又有效解决了砖混房屋超高的技术问题；
(3).提供了大空间及住户拆改装修的便利条件。
一、 异形柱的结构设计
1.异形柱的选型
《混凝土异形柱结构技术规程》（以下简称《规程》）明确：异形柱是指截面几何形状为L形、T形和十字形。且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。在工程设计选型时，一般根据墙体布置，在有丁字墙、十字墙部位设置T行柱或十字柱，墙体转弯处设置L形柱，直墙体处设置扁柱，具有独立性且不与任何墙体连接的柱子应设计为矩形或圆形柱子。在将柱子隐与墙身的情况下，选择能最大限度地发挥柱子力学性能的柱形。
2.异形柱结构形式
异形柱结构可采用框架结构和框架-剪力墙结构体系。异形柱框架结构是指结构体系中的框架柱全部或大部分采用异形柱的结构，不包括由于建筑造型等需要而设置的极个别异形柱的情况。异形柱框架结构中，当建筑高度较高或结构分析需提高结构刚度而增设剪力墙时，即形成异形柱框架-剪力墙结构。这里应注意到，剪力墙通常不宜设置成短肢剪力墙（一般墙长与墙厚之比大于8倍的剪力墙），因为设置短肢剪力墙本身就是为了提高结构侧向刚度或抗扭刚度，来满足受拉、位移等要求，起到抗震概念设计中的第一道防线作用。
二、 异形柱结构的适用范围
异形柱结构主要适用于非抗震设计和抗震设防烈度为6度、7度（0.10g,0.15g）和8度(0.20g)抗震设计的一般居住建筑。由于我国目前尚无在8度（0.30g）及9度抗震设防地区异形柱结构的设计与施工工程实践经验，也没有响应的可资依据的研究成果，且考虑到异形柱结构的抗震性能特点，故未将抗震设防烈度为8度（0.30g）及9度抗震设计的建筑列入其适用范围。
三、结构体系布置
影响建筑结构安全的因素有三个层次：结构选型、结构计算和结构构造措施。结构选型属于概念设计，是结构设计的首要环节；结构计算是结构设计的基础、依据;结构构造是结构设计的保证。异形柱结构体系应通过技术、经济和使用条件的综合分析比较确定。鉴于异形柱结构的特殊性，结构设计各个环节更应从严把控。如异形柱结构中不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式；抗震设计时，不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式等。
体系要求
（1）、结构应设计成双向抗侧力体系；抗震设计时，结构两主轴方向应设置剪力墙。
（2）、柱肢厚度、剪力墙厚度一般应与梁截面宽度协调一致，也应与填充墙协调一致。
（3）、框架柱应尽量避免形成短柱，一般柱净高（减去框架梁高）与截面尺寸之比宜大于4（即剪跨比λ≤2，为短柱），应大于3（即剪跨比λ≤1.5，为极短住）。
2.结构布置
合理的结构布置（包括平面布置和竖向布置）对抗震设计具有非常重要的意义，异形柱结构宜采用规则的结构方案，不应采用特别不规则的结构方案。异形柱结构的平面形状宜简单、规则，平面对称，减少偏心，刚度和承载力分布宜均匀。建筑的立面和竖向剖面宜规则、均匀，避免过大的外挑和内收；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。
3.结构抗震等级
抗震设计的混凝土异形柱结构应根据抗震设防烈度、结构类型、房屋高度划分为不同的抗震等级，有区别地分别采用相应的抗震措施，包括内力调整和抗震构造措施。在确定异形柱抗震等级是应注意到，当建筑场地为Ⅰ类时，除6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低。
四、结构的计算分析
1.地震作用
抗震设防烈度为6度、7度（0.10g、0.15g）及8度（0.20g）的异形柱结构应进行地震作用计算及结构抗震验算。基于异形柱受力性能及设计、构造特点，异形柱结构中的异形柱正截面、斜截面及梁柱节点的承载力均应按规定进行计算。异形柱结构地震作用计算的方法，根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定，振型分解法和底部剪力法都是地震作用计算的基本方法，但考虑到现今在结构设计计算中计算机应用日益普遍，和实际工程中大部分存在着不同程度的不对称、不均匀等情况，已很少应用底部剪力法，故建议采用振兴分解反应谱法；平面不规则结构的扭转影响显著，应采用扭转耦联振型分解反应反应谱法。
框架部分的剪力调整
框架-剪力墙结构在水平地震作用下，框架部分计算所得剪力一般很小，而剪力墙作为第一道防线在设防地震、罕遇地震下先于框架破坏，塑性内力重分布后框架部分的剪力会比多遇地震下加大。为保证第二道防线框架抗侧能力，需对其剪力进行调整。对异性柱框架-剪力墙更应加强异形柱作为抗震第二道防线的能力。《高规》、《抗规》均有要求；任一层框架承担剪力不应小于结构底部总剪力的20%和按框架-剪力墙结构计算框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值。
地震倾覆力矩
框架-剪力墙结构中底部框架承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值不同对结构性能有很大的差别。异形柱框架-剪力墙结构中应设置适当剪力墙，即框架承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的10%但不大于50%。
当框架承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时，意味剪力墙布置偏少，框架承担较大地震作用。当框架承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时，意味着结构中剪力墙数量极少，属于少墙框架结构，其抗震性能差。抗震设计时不应采用，以避免剪力墙受力过大、过早破坏。
核心区受剪承载力
由于异形柱特点，使得异形柱框架节点核心区的受剪承载力低于截面面积相同的矩形框架节点受剪承载力，这是异形柱框架的薄弱环节。为确保结构安全，设计时应特别关注。《规程》强制条文要求：“异形柱框架应进行梁柱节点核心区受剪承载力计算”，无论非抗震设计还是抗震设计均应进行。设计中也可采用取梁端增设支托或水平加腋等措施增加节点有效面积，提高梁柱节点承载力及延性。
位移比限制
对结构位移的控制，实际上是对构件截面大小、结构抗侧刚度大小的宏观控制。从而达到保证主体结构基本处于弹性受力状态。异形柱框架-剪力墙结构形式的位移比较一般的框架-剪力墙结构要求严格。
五、结语
异形柱结构形式在住宅建筑中具有广泛的应用前景，特别是在非抗震地区及低烈度地区。鉴于异形柱自身截面的特殊性，以及在对不同角度方向受力的差异复杂性、地震作用的不确定性，对异形柱-框架剪力墙结构在具体规定掌握上严格一点是很必要的。结构设计中若能兼顾“承载力、刚度、稳定、延性”的平衡协调，使结构具有良好整体性和延性、足够强度和适当刚度，能够达到安全使用、经济合理目的，是居住建筑结构设计的很好选择。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2010).京.中国建筑工业出版社.2010.12-01实施
關键词: 异形柱 住宅 结构设计 构造
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
近年来，从多层框架结构结构衍生发展的异形柱框架结构，由于其避免了框架柱在室内的凸出，改善建筑观瞻，为建筑设计及其使用功能带来更多的灵活和方便，使得异形柱结构在多层、住宅建筑中逐渐得以推广应用。钢筋混凝土异形柱框架结构有如下特点：
(1).具有一遍矩形柱框架结构整体性较强，抗震延性好的优点；
(2).兼有砖混结构的优点，使用面积增加8~10%，同时又有效解决了砖混房屋超高的技术问题；
(3).提供了大空间及住户拆改装修的便利条件。
一、 异形柱的结构设计
1.异形柱的选型
《混凝土异形柱结构技术规程》（以下简称《规程》）明确：异形柱是指截面几何形状为L形、T形和十字形。且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。在工程设计选型时，一般根据墙体布置，在有丁字墙、十字墙部位设置T行柱或十字柱，墙体转弯处设置L形柱，直墙体处设置扁柱，具有独立性且不与任何墙体连接的柱子应设计为矩形或圆形柱子。在将柱子隐与墙身的情况下，选择能最大限度地发挥柱子力学性能的柱形。
2.异形柱结构形式
异形柱结构可采用框架结构和框架-剪力墙结构体系。异形柱框架结构是指结构体系中的框架柱全部或大部分采用异形柱的结构，不包括由于建筑造型等需要而设置的极个别异形柱的情况。异形柱框架结构中，当建筑高度较高或结构分析需提高结构刚度而增设剪力墙时，即形成异形柱框架-剪力墙结构。这里应注意到，剪力墙通常不宜设置成短肢剪力墙（一般墙长与墙厚之比大于8倍的剪力墙），因为设置短肢剪力墙本身就是为了提高结构侧向刚度或抗扭刚度，来满足受拉、位移等要求，起到抗震概念设计中的第一道防线作用。
二、 异形柱结构的适用范围
异形柱结构主要适用于非抗震设计和抗震设防烈度为6度、7度（0.10g,0.15g）和8度(0.20g)抗震设计的一般居住建筑。由于我国目前尚无在8度（0.30g）及9度抗震设防地区异形柱结构的设计与施工工程实践经验，也没有响应的可资依据的研究成果，且考虑到异形柱结构的抗震性能特点，故未将抗震设防烈度为8度（0.30g）及9度抗震设计的建筑列入其适用范围。
三、结构体系布置
影响建筑结构安全的因素有三个层次：结构选型、结构计算和结构构造措施。结构选型属于概念设计，是结构设计的首要环节；结构计算是结构设计的基础、依据;结构构造是结构设计的保证。异形柱结构体系应通过技术、经济和使用条件的综合分析比较确定。鉴于异形柱结构的特殊性，结构设计各个环节更应从严把控。如异形柱结构中不应采用部分由砌体墙承重的混合结构形式；抗震设计时，不应采用多塔、连体和错层等复杂结构形式等。
体系要求
（1）、结构应设计成双向抗侧力体系；抗震设计时，结构两主轴方向应设置剪力墙。
（2）、柱肢厚度、剪力墙厚度一般应与梁截面宽度协调一致，也应与填充墙协调一致。
（3）、框架柱应尽量避免形成短柱，一般柱净高（减去框架梁高）与截面尺寸之比宜大于4（即剪跨比λ≤2，为短柱），应大于3（即剪跨比λ≤1.5，为极短住）。
2.结构布置
合理的结构布置（包括平面布置和竖向布置）对抗震设计具有非常重要的意义，异形柱结构宜采用规则的结构方案，不应采用特别不规则的结构方案。异形柱结构的平面形状宜简单、规则，平面对称，减少偏心，刚度和承载力分布宜均匀。建筑的立面和竖向剖面宜规则、均匀，避免过大的外挑和内收；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。
3.结构抗震等级
抗震设计的混凝土异形柱结构应根据抗震设防烈度、结构类型、房屋高度划分为不同的抗震等级，有区别地分别采用相应的抗震措施，包括内力调整和抗震构造措施。在确定异形柱抗震等级是应注意到，当建筑场地为Ⅰ类时，除6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低。
四、结构的计算分析
1.地震作用
抗震设防烈度为6度、7度（0.10g、0.15g）及8度（0.20g）的异形柱结构应进行地震作用计算及结构抗震验算。基于异形柱受力性能及设计、构造特点，异形柱结构中的异形柱正截面、斜截面及梁柱节点的承载力均应按规定进行计算。异形柱结构地震作用计算的方法，根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的规定，振型分解法和底部剪力法都是地震作用计算的基本方法，但考虑到现今在结构设计计算中计算机应用日益普遍，和实际工程中大部分存在着不同程度的不对称、不均匀等情况，已很少应用底部剪力法，故建议采用振兴分解反应谱法；平面不规则结构的扭转影响显著，应采用扭转耦联振型分解反应反应谱法。
框架部分的剪力调整
框架-剪力墙结构在水平地震作用下，框架部分计算所得剪力一般很小，而剪力墙作为第一道防线在设防地震、罕遇地震下先于框架破坏，塑性内力重分布后框架部分的剪力会比多遇地震下加大。为保证第二道防线框架抗侧能力，需对其剪力进行调整。对异性柱框架-剪力墙更应加强异形柱作为抗震第二道防线的能力。《高规》、《抗规》均有要求；任一层框架承担剪力不应小于结构底部总剪力的20%和按框架-剪力墙结构计算框架部分各楼层地震剪力中最大值1.5倍二者的较小值。
地震倾覆力矩
框架-剪力墙结构中底部框架承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值不同对结构性能有很大的差别。异形柱框架-剪力墙结构中应设置适当剪力墙，即框架承受的地震倾覆力矩大于总地震倾覆力矩的10%但不大于50%。
当框架承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%但不大于80%时，意味剪力墙布置偏少，框架承担较大地震作用。当框架承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的80%时，意味着结构中剪力墙数量极少，属于少墙框架结构，其抗震性能差。抗震设计时不应采用，以避免剪力墙受力过大、过早破坏。
核心区受剪承载力
由于异形柱特点，使得异形柱框架节点核心区的受剪承载力低于截面面积相同的矩形框架节点受剪承载力，这是异形柱框架的薄弱环节。为确保结构安全，设计时应特别关注。《规程》强制条文要求：“异形柱框架应进行梁柱节点核心区受剪承载力计算”，无论非抗震设计还是抗震设计均应进行。设计中也可采用取梁端增设支托或水平加腋等措施增加节点有效面积，提高梁柱节点承载力及延性。
位移比限制
对结构位移的控制，实际上是对构件截面大小、结构抗侧刚度大小的宏观控制。从而达到保证主体结构基本处于弹性受力状态。异形柱框架-剪力墙结构形式的位移比较一般的框架-剪力墙结构要求严格。
五、结语
异形柱结构形式在住宅建筑中具有广泛的应用前景，特别是在非抗震地区及低烈度地区。鉴于异形柱自身截面的特殊性，以及在对不同角度方向受力的差异复杂性、地震作用的不确定性，对异形柱-框架剪力墙结构在具体规定掌握上严格一点是很必要的。结构设计中若能兼顾“承载力、刚度、稳定、延性”的平衡协调，使结构具有良好整体性和延性、足够强度和适当刚度，能够达到安全使用、经济合理目的，是居住建筑结构设计的很好选择。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准.建筑抗震设计规范(GB50011-2010).京.中国建筑工业出版社.2010.12-01实施