韦宗成

（大化县建筑设计室，广西 河池 530800）

随着我国住宅产业的迅速发展以及人们对住宅建筑使用要求的不断提高，普通的矩形柱框架结构，住宅室内外露的框架柱影响家具布置空间的使用，较难适应业主的要求。近年来，从多层框架结构衍生发展的异形柱框架结构因其能根据建筑物房间布置异形柱，柱肢宽与填充墙基本相同，室内不出现柱棱角，平面布置灵活，能较好地满足建筑使用上和结构性能上的要求，而逐渐得到了推广应用。

1 异型柱框架结构体系的特点

异形柱框架结构是介于短肢剪力墙与矩形框架之间的一种结构体系，其肢高与肢厚之比愈小愈接近框架结构的受力特征，一般应用于住宅中。异形柱框架结构的受力特点及功能决定了异型柱框架结构体系具有如下特点：①柱肢厚通常采用180～200 mm，肢厚基本与填充墙等厚，框架梁宽也同墙厚，室内不凸出梁柱，便于使用又美观，同时还增加了房间的使用面积，比相同形式的砖混结构可增加约8%～10%的使用面积；②柱的平面布置很灵活，异型柱结构的围护墙通常是非承重的轻质隔墙，受建筑的限制较少，这使得房间布置更加灵活，可很好地满足业主对大开间建筑的需求；③异型柱框架与矩形框架相比，抗震性能有明显的提高，质量减轻是其抗震性提高的主要原因，此外，抗侧刚度对抗震性能的提高也有一定的影响；④虽然增加了施工难度，但因扩大了使用面积，加之自重较轻，减少了基础费用，综合考虑总体经济效益较好。

2 异型柱框架结构的设计要点

2.1 结构布置

与—般钢筋混凝土框架结构相比，异形柱框架结构在结构布置时应注意以下要点：

（1）为了避免扭转带来的不利影响，结构平面宜尽量对称，使平面和刚度均匀，两个主轴方向应协调布置；如果有明显的不对称，应考虑扭转对结构受力的不利影响。

（2）异形框架宜双向设置，框架柱应对齐，框架梁应拉通，避免纵横框架梁相互支撑，使结构形成空间受力并具有足够的承载能力、刚度和稳定性，同时具有良好的整体性和较好的抗震性能。

（3）为了避免过大的外挑和内收，防止楼层刚度沿竖向的突变，竖向布置应力求体型规则、均匀，尽量避免错层。

（4）受力复杂部位的异形柱，宜采用一般框架柱。

2.2 适用的房屋最大高度和最大高宽

异形柱框架结构在6度（0.05 g）抗震设防烈度区，房屋最大高度24 m，高宽比不宜大于4；异形柱框架在7度（0.10 g）抗震设防烈度区，要求房屋高度小于35 m，层数小于12层，建筑物的高宽比不宜大于5；在8度（0.20 g）抗震设防烈度区，房屋高度小于25 m，建筑物的高宽比不宜大于4。另外，柱净高与截面长边之比，即长细比宜大于 4小于 8。长细比小于 4（即短柱），容易发生脆性剪切破坏；长细比大于8，易引起失稳破坏。

2.3 抗震等级

抗震等级的高低，体现了对抗震性能要求的严格程度，它是计算和构造上保证结构延性和变形能力而采取的必要措施。抗震等级一般根据地区的抗震设防烈度、结构类型、结构高度来确定。由于异形柱框架其延性低于矩形柱框架，因此其抗震等级也高于同高度的矩形柱框架结构。

2.4 结构计算

异形柱框架结构的内力和位移应按照弹性方法进行计算，并考虑抗侧力结构的共同作用。一般采用较多的方法是先将异形柱截面换算成等惯性矩的矩形截面柱，然后再利用常用的空间分析程序进行结构和位移的计算等内容。异形柱的截面尺寸主要考虑的是轴压比，还需要同时综合考虑其他方面的因素。设计计算内容主要包括：异形柱结构截面承载力计算、异形柱结构的延性和刚度计算以及异形柱结构抗震性能的研究等主要内容。

3 设计实例

3.1 工程概况

某建筑地下一层（层高3.6 m），地上7层（层高3 m），顶层为坡屋顶，总层高为3×7＋3.6＝24.6 m。经过研究讨论，该工程确定采用异形柱框架结构设计，地下本工程抗震设防烈度为7度，异形柱框架结构的抗震等级为三级，异形柱结构弹性层间位移角限值为1/600，弹塑性层间位移角限值为1/60，轴压比限值：L形0.60，T形0.65，十字形0.70。

3.2 标准层建筑图

标准层建筑图，见图1。

图1 2、3、4、5层平面图

3.3 平面布置

（1）鉴于异形柱受力复杂且抗震性能不好，能采用矩形柱的地方优先采用矩形柱，对于卧室等对空间有要求的地方采用异形柱。

（2）设计时应和建筑师商量尽量使纵横柱网轴线对齐拉通，震害表明柱网轴线不对齐形不成完整的框架，可能因扭转效应和传力路线中断等问题引发严重震害。

（3）对于异形柱结构L形柱宜采用两肢等长的柱，但是由于建筑方案地下室一侧为停车库，为了保证车子出入的宽度，这一排异形L柱均采用不等长的柱，但保证两肢肢高比不超过1.6。

（4）在用 PKPM 建模时，因为建筑图中有部分轴线间离不大，若建两个节点容易出现短梁，而且建两个节点柱子只能布置在一个节点上，另一节点上的梁程序不可以搭在此柱上，这样程序计算时容易出错，所以对此问题的解决办法是两轴线间离不大时，一轴线上的梁柱采用偏心方式布置在另一轴线上，这样就解决了短梁和不认梁搭柱的情况。

（5）电算建模中柱子配筋要采用双偏压原则，考虑双向地震作用计算。

3.4 PKPM计算

PKPM计算结果，见表1、表2。

表1 周期、地震力与振型输出文件（侧刚分析方法）

表2 SATWE位移输出文件

PKPM 系统完成了异形柱的布置、计算、施工图设计，但在异形柱布置时，要注意偏心、转角的应用；在TAT或SATWE计算时要知道异形柱的刚度计算、刚域计算、整体内力到柱肢内力的分配计算，特别是轴力的分配计算和异形柱的配筋计算；在绘制施工图时要了解异形柱的构造要求和角点筋的配置，架立分布筋的设置。

3.5 其他方面

顶层托斜层顶的柱，规程没涉及，它所受轴力、弯矩均不大，柱本身强度没问题，关键是顶部结构的整体性能。设计人员自动把握抗震设计的异形柱结构不应有的错层，原因是避免形成短柱，但楼梯处容易形成短柱，所以，在楼梯间两侧布置剪力墙，其他地方可用异形柱，但能用方柱的地方尽量用方柱。

4 结束语

民用建筑的市场需求日益朝着大开间、大空间的方向发展，给异形柱框架结构体系带来了广泛的应用前景，尤其是在地震烈度7度以下地区，它不失为一种安全、经济的结构方案选择。当然，异形柱框架结构的弱点不容忽视，但其优点也很明显。只有在设计中遵循概念设计要求，充分了解异形柱的受力特点和破坏机理，选用合理的结构布置，处理好结构构造，正确使用计算机分析方法，才能确保结构安全可靠、经济适用。

1 黄东.异型柱框架结构设计中的几个问题探讨［J］.沿海企业与科技，2009（8）

2 《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ149－2006）

3 杨超、张云.异形柱框架结构的特点与设计［J］.山西建筑，2010（12）