关键词：异形柱框架；结构设计
一、异形柱的定义及受力特点
异形柱是指柱截面区别于常用的矩形柱，而采用多个小墙肢的组合截面柱子，是由剪力墙演变而来的。柱肢截面中各肢的肢高与肢厚比不大于4，常用的有L形、T形和十字形，也有的采用Z形。L形截面柱多用于墙的转角部位，而T形和十字形截面柱多用于纵横墙交接处。柱肢宽度一般使用与填充墙体相同的厚度，为200～250mm，不大于300mm。肢长较大，一般为600～800mm。不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6，各肢截面厚度不能相差过大。虽然异形柱由剪力墙演变而来，但由于柱截面本身的特殊性，异形柱结构的受力特点既不同于剪力墙结构，也与普通框架相差很大，具有自己的独特性：
（1）由于异形柱截面的这种特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异；
（2）异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼来协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使各肢的核心砼处于三向剪力状态，使异形柱较普通截面柱协调变形能力低，脆性破坏明显；
（3）异形柱不同于矩形柱，其存在单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。异形柱的破坏形态有弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等，影响其破坏形态的因素有荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比（剪跨比），配箍率及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂，设计中必须通过合理的结构平面布置，采用有效设计计算程序和必要的构造措施来保证其强度和延性。
二、异形柱结构平面布置
异形柱框架的构造应满足现行国家结构设计、施工规范的基本要求。考虑到异形柱的特点，在结构体系上，应从严把握概念设计的原则，力求结构平面规整，结构刚度均匀，构件传力明确。就结构体系而言，异形柱框架应设计成双向刚接梁柱抗侧力体系，根据结构平面布置和受力特点，可设计成部分异形柱部分矩形柱的形式，特别注意在受力复杂部位采用矩形柱，如楼梯间、电梯井等。结构平面布置形状宜简单、规则、对称，减少偏心，刚度和承载力分布宜均匀，尽量控制或减小扭转效应。同时结构的框架纵、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中心线对齐；结构竖向布置注意体型力求简单规则，避免过大的外挑内收，避免楼层刚度沿竖向突变；柱网尺寸不易过大，一般不超过6m。因柱距大，梁高也大，一方面建筑净空难以满足要求，另一方面柱承受的轴力也大。轴压比高，于抗震不利。为保证梁板对异形柱节点的约束，宜采用现浇楼盖。
三、异形柱框架结构设计
3.1“Z”形柱的设计计算
工程中经常遇到“Z”形柱的情况。《钢筋混凝土异形柱结构技术规程》未将“Z”形柱列入，在设计计算时可以在PMCAD输入时将其按2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肢劈开。劈开后（极限状态）其受力接近于2个“L”形柱，按2个“L”形柱处理较为合适。
3.2轴压比控制
框架结构柱的延性对于耗散地震能量、防止框架的倒塌起着十分重要的作用，且轴压比又是影响混凝土柱延性的一个关键，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，必须对异形柱的轴压比进行严格控制。
3.3异形柱框架的计算
由于异形柱截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平面假定分析，按混凝土设计规范计算。框架柱水平力较小，如按一般偏压柱计算，误差较小，此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大，且水平力作用在非主轴主向，则翘曲应力不容忽视。按平截面假定误差较大，则应对异形柱框架结构进行有限元分析，以决定内力和配筋的位置和大小。在进行内力计算和配筋计算时，宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。
目前，国内可直接进行异形柱截面内力计算和截面设计的软件有：中国建设研究院的TAT、SATWE程序、广东省建院的SS、SSW程序及钢筋混凝土异形柱结构配筋计算CRSC等，这些程序均用数值积分法进行正截面配筋设计，准确性较高，能有效满足结构安全性要求。
3.4配筋构造
在经过正确的结构选型及计算后，截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点，柱肢端部会出现较大应力，加上梁作用于柱肢上应力的不均匀，在异形柱配筋时应在肢端设暗柱，暗柱的外排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设构造纵筋，箍筋同柱，可限制柱肢混凝土裂缝的展开，提高异形柱局部抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪，也可约束混凝土变形，增大其延性。异形柱由于不易形成多肢复合箍，其配筋率只能由加大箍筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下，箍筋直径大，其延性指标好，其间距可比普通箍筋间距小。
四、异型柱框架结构设计中应注意的问题
（1）梁柱核心区配筋如过于密集，各向钢筋相互碰撞严重，会造成钢筋偏位和施工困难。这种情况一般发生在内梁，特别是横向框架梁中，对此可以采用“宽梁窄柱”的办法加以解决。
（2）暗埋管线穿梁柱，使梁柱截面削弱。此类问题比较广泛，而且容易被设计忽视，往往造成较严重的结构缺陷问题。除了对电气布线设计不能过于集中外，应设管线井加以解决。管线井可设在楼梯平台的角部，其断面可设计为三角形，不会对交通产生影响。
（3）悬臂梁根部钢筋较多时，势必形成多排配筋，使梁的有效截面高度下降，引起梁根部变形增大，裂缝宽度超规范允许值。可将悬臂梁的顶面比相应楼面标高抬高25～30mm使悬臂梁上部纵筋从最上层伸入锚固，可保证梁的变形及裂缝宽度在设计的控制值内。
结束语：异型柱框架结构的平面布置比普通矩形柱框架灵活，可以较好满足建筑功能的要求，具有良好的发展前景。在设计中应根据其受力的特点，充分了解其破坏的各种机理，选用合理的结构形式，正确掌握计算机分析方法和截面配筋，其结构才能有可靠的安全保证。
参考文献
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