住宅建筑设计中异形柱框架结构的应用

住宅建筑设计中异形柱框架结构的应用

郑富宝

黑龙江恒泰建设集团有限公司

摘要：在现代城市建筑面积有限，而人口不断增多的情况下，城市居民住房形势愈发紧张，如何更好利用已有空间来增大有效利用空间成为人们最为关注的问题。异形柱框架结构在一定程度上很好的解决了城市建筑空间利用问题，现本文就通过分析异形柱框架结构体系的基本特征，来探讨在民用住宅中异形柱结构的设计方法，并提出了一些异形柱框架结构的构造措施，以供参考交流。

关键词：异形柱；框架结构；结构布置；计算要点；构造措施

异形柱框架结构是近几年来新兴的一种新型建筑结构设计形式，这种结构是由一些异形柱（如T型、L型或十字型等）来代替传统的矩形柱或圆形柱而组成建筑结构框架，再与梁形成刚性连接的一种承受水平荷载与竖向荷载的结构方式。异形柱框架结构体系很好的解决了传统框架结构形式呆板、统一的问题，为建筑室内装修提供了更好的条件，也使得室内空间能够得到更好的利用，从某方面来讲，也缓解了城市建筑空间短缺的现象。因而受到了越来越多的建筑设计师的喜爱，也在用户中得到了较好的评价，逐渐成为现代民用住宅建筑结构设计的主要方式。

1、异形柱框架结构体系的基本特性

采用异形柱框架结构体系的住宅建筑结构设计不但能够满足空间利用上的需求，而且也使得建筑设计更加灵活多样。针对现代大多数城市居民的开间大、室内分隔方便、阳台洞口更大的要求，异形柱框架结构都能给予很好的满足。另外，从抗震角度来讲，异形柱结构的抗震性要远远大于其他结构的抗震性，这也使进一步提高建筑物的高度提供了依据。从经济角度来讲，异形柱框架结构设计时，柱网尺寸需要根据该住宅建筑的平面布置来确定，但肯定要比传统的圆柱形和矩形的框架柱网小，这也就使得采用异形柱框架结构的工程成本相对更低，经济性能更好。

由于异形柱框架结构的宽度同围护墙厚,框架梁宽也同墙厚,故在建筑室内通常看不见梁和柱,使得居室内部显得简洁、美观、便于家具的布置,而异型柱框架结构的围护墙都是自承重的隔墙,原则上允许任意穿墙打洞,甚至拆除重砌,这对住户装修、改造提供了极大地灵活性。鉴于上述多种优良的特性，异形柱结构一经采用，便得到了快速的传播与应用，并逐渐代替传统的框架结构体系成为当前城市住宅建筑设计中最受欢迎的结构体系设计方法。

2、混凝土异形柱框架结构设计

在实际的住宅设计应用中，混凝土异形柱框架结构设计的方法中，主要包括结构布置和计算方法这两点。笔者在对异形柱结构的设计施工进行深入了解后，对于其结构布置方法与计算中的相关要点提出了以下看法：

2．1结构布置

合理的结构布置是指平面布置及竖向布置均要实现科学合理，结构的平面和竖向布置宜简单、规则、均匀，兼顾建筑功能与结构功能的合理性。在工程设计中，应根据结构的平面布置和受力特点，结合具体的建筑平面布置L形、T形、和十字形等异形柱，以充分发挥异形柱在建筑使用上和结构受力上的优点，从而得到良好的技术经济指标。结构布置在平面和沿结构高度上刚度和质量要均匀布置，以减小结构在地震过程中的扭转影响和防止出现薄弱层。

另外，L形、T形和Z形截面异形柱的截面配筋具有非常明显的不对称性，试验表明就单个异形柱构件而言，其延性有较大缺陷。但是由对称布置的异形柱所组成的框架，则具有较好结构延性，所以结构的平面布置上组成框架的异形柱应尽可能对称。异形柱的肢厚较薄，其中心线宜与梁中心线对齐，尽量避免由于二者中心线偏移对受力带来的不利影响，平面节点处(轴线交叉点处)应尽可能设柱，避免主次梁搭接；在多层住宅中，异形柱宜布置在房间中影响使用的墙角处，其他部位从受力合理和施工方便考虑宜布置成矩形柱。

2.2计算要点

由于异形柱框架结构或异形柱框-剪结构的受力特征与普通框架或框-剪结构相同。异形柱框架结构的工作特点仍类似于竖向悬臂剪切梁,其变形曲线为剪切形,越向上其挠度增加越慢,但其抗侧移刚度通常要比普通框架小。而对于异形柱框-剪结构同一个结构单元中,既有框架又有剪力墙,两者之间仍然必须通过平面内刚性无限大的楼板使之在同一楼层变形协调一致，共同抵抗由风或地震引起的水平作用,其变形曲线仍然是一条反S形的曲线。故在进行异形柱框架结构或框-剪结构设计时，可采用经省级和省级以上组织鉴定通过的计算软件进行受理分析和配筋计算，又因为异形柱框架或框剪结构的柱网布置往往受到住宅建筑平面的制约,有时梁、柱之间不可能完全对齐。故一般要求采用空间三维杆系分析模型程序来进行整体受力分析,如TAT、SATWE等多、高层三维空间分析程序。

3、异形柱结构的构造措施

鉴于异形柱框架结构体系的应用还在发展阶段，一些设计技术方法和实际的施工工艺还有一定的缺陷，因此，应当在现有的异形柱结构设计应用的基础上，不断的改进与完善结构设计与施工方法，使异形柱结构能够更好的发挥其优越性，为城市现代化建设做出更大的贡献。笔者以多年的建筑施工经验为基础，在对异形柱结构的设计特点与施工工艺进行深入研究后，对于提高异形柱结构性能的构造措施提出了以下几点建议，特与广大工友分享交流。

3.1采用高强度等级混凝土，可降低轴压比，对异形柱的延性也有好处。

3.2异形柱结构的显著特点是截面和配筋不对称，导致异形柱在两个方向强度和延性不对称。为了尽量降低这种影响，腹板端部配筋应在合理范围内尽可能多，而采用Ⅲ级钢筋能起到类似的作用。

3.3在实际工程中，异形柱的宽厚比一般均大于2.5；当异形柱截面肢厚小于200mm时，将会造成粘结强度不足及梁柱节点的钢筋设置困难，基于施工和外墙保温隔热等要求，故限制异形柱肢厚也不应小于200mm。同时考虑到稳定性等问题，柱肢厚度不宜小于楼层高度的1/20；对于二级抗震设计要求的底层异形柱，由于其计算长度较大，为了保证足够的侧向刚度和稳定性，故柱肢的厚度不应小于楼层高度的1/16。

3.4异形柱柱端箍筋加密区的箍筋应根据受剪承载力计算，同时满足体积配箍率条件和构造要求确定。对箍筋合理配置的研究中发现，当体积配箍率p相同时，采用较小的箍筋直径a和箍筋间距s的延性好只增大箍筋直径来提高体积配筋率而不减小箍筋间距并不一定能提高异形柱的延性，只有在箍筋间距s对受压纵筋支撑长度达到一定要求时，增大体积配箍率p，才能达到提高延性的目的。

3.5考虑异形柱的柱肢截面厚度较小，若中间柱两侧梁高度相等时，梁的下部钢筋均在节点核心区内满足L条件后切断的做法会使节点区下部钢筋过于密集，造成施工困难并影响节点核心区的受力性能，故采取梁的上部和下部纵向钢筋均贯穿中间节点。

4、结语

随着人们对住宅设计的要求越来越趋向与个性和新颖的方式，传统的统一框架结构形式显然已经不能满足人们日益增长的需求，而异形柱结构设计的应用，极大的促进了民用住宅结构设计的创新，也使得用户在使用中根据自身喜好进行室内装修变得更加灵活多样，因此，可以预见，异形柱框架结构字民用住宅中必将具有更好的应用前景。

参考文献：

[1]辛杏君.刍议异形柱框架结构设计[J].黑龙江科技信息.2008(27)

[2]张少华.应用异形柱结构设计体会[J].黑龙江科技信息.2009(04)