异形柱结构设计

　　摘要：异形柱结构改善了建筑观瞻，使建筑在设计上更加灵活，得到了广大建筑师和结构工程师的亲睐。我国也发布了《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ149-2006）规程，为结构设计人员提供了设计计算依据。本文对异形柱结构设计进行了探讨。
　　关键词：异形柱；结构；设计
　　
　　1.异形柱结构的研究现状
　　1.1国外研究现状
　　对于异形柱结构的研究，国外已经有三十多年的历史了，国外汇集了各国的专业人员对于异形柱构件进行了全面的研究，涉及的截面有T形、L形、十字形和槽形等，从而形成了比较完善的理论体系。美国学者JoaguinMarin在20世纪70年代对第一个钢筋混凝土L形短柱的全过程进行了分析，从而生成了一套可供设计人员使用的计算图。在1983年，L.N.Ramamrthy和T.A.HafeezKham通过理论和试验对等肢和不等肢L形截面双向偏压柱进行了分析。在1985年和1993年，M.Kawakami和Dundarc.Sahin以及Y.Yau.S.L.Chan、A.K.W.So对双向偏压的任意截面钢筋混凝土柱进行了研究。在20世纪90年代，日本对节点的抗剪强度水平箍筋的作用以及梁纵筋的粘结锚固进行了分析和研究。
　　1.2国内研究现状
　　自上世纪八十年代以来我国对异形柱结构的抗震试验的研究已经有很多项了。我国一些有名的大学专业人员对8度抗震设防条件的异形柱结构抗震试验进行了研究，这些研究成果对研究异形柱结构的抗震性能及震害破坏规律有很重要的意义。北京工业大学曹万林教授带领了一批专业人员一直对钢筋混凝土异形柱进行了研究，试验表明：滞回环依次逐渐饱满，中部捏拢现象逐步减轻，承载力、延性均明显提高，耗能能力增强，这为解决在工程设计中长期困扰设计人员的短柱问题，指明了一条新方向。
　　2.异形柱的受力特点
　　在异形柱截面中对称轴仅有一个或者没有，柱肢平面内外两个方向的刚度由于截面的特殊性而具有很大的差异，导致对荷载的方向敏感，荷载角对构件的最终破坏形态和延性的影响较大，各向承载力具有较大的差异；对于平截面的假定，异形柱截面变形是基本上符合的。在对异形柱截面构件与矩形截面构件应该采用专门的方法来计算；与矩形截面相比，异形柱截面向外分布，使得抗弯能力增强了，削弱了抗剪能力；多肢是异形柱的又一特点，其剪切中心一般都在平面范围外，受力时对变形和内力的协调是需要靠各柱肢交点处核心区混凝土来进行的，经过这种变形协调，相当大的翘曲应力和剪应力粗壮乃与各柱肢内，但是正是由于剪应力的存在，柱肢出现了裂缝，从而使得异形柱的脆弱性更加明显的受到破坏。
　　3.异形柱结构设计
　　3.1异形柱结构的设计特性
　　异形柱设计与普通矩形柱结构设计有很大区别，其主要是由于异形柱结构缺乏震害资料，柱肢截面较小，异形柱结构设计的主要特性有：（1）异形柱结构震害资料少，为了使其结构的安全得以保证，必须严格规定《异形柱规程》中的部分抗震措施的标准；（2）试验和理论分析表明：随着水平荷载方向的不同，异形柱正截面承载力存在较大的差异，方向对于各异形柱构件对应的水平地震作用的精确确定是非常复杂的问题；（3）由于异形柱空间具有明确的特性，因此，应采用三维空间内力分析方法，正截面的计算按照双向偏心受压和偏心受拉来进行；（4）异形柱柱肢厚度及节点尺寸较小，异形柱结构的薄弱环节是钢筋锚固及节点强度。
　　3.2异形柱结构的使用范围
　　（1）适用的抗震设防烈度范围：非抗震设计和抗震防烈度为6度、7度及8度的抗震设计；（2）使用高度范围：异形柱结构适用的最大高度应符合表1的规定：
　　表1异形柱结构适用的房屋最大高度（m）
　　
　　

结构体系	非抗震设计	抗震设计
		6度	7度		8度
		0.05g	0.10g	0.15g	0.20g
框架结构	24	24	21	18	12
框架-剪力墙结构	45	45	40	35	28

　　表2异形柱结构适用的最大高宽比
　　

结构体系	非抗震设计	抗震设计
		6度	7度		8度
		0.05g	0.10g	0.15g	0.20g
框架结构	4.5	4	3.5	3	2.5
框架-剪力墙结构	5	5	4.5	4	3.5

　　结构体系 
　　非抗震设计 抗震设计
　　  6度 7度 8度
　　  0.05g 0.10g 0.15g 0.20g
　　框架结构 4.5 4 3.5 3 2.5
　　框架-剪力墙结构 5 5 4.5 4 3.5
　　（4）适用结构形式范围：框架结构、框架-剪力墙结构、底部抽柱带转换层的异形柱框架结构和框架-剪力墙结构。
　　3.3异形柱结构的设计方法
　　异形柱结构设计包括概念设计、计算设计，其基本上与一般结构是相似的。概念设计包括确定结构体系和平面布置、判断建筑规则程度、初步选定材料强度等级和构件截面尺寸、假设异形柱纵筋直径及根数、构造措施；计算设计包括计算结构作用、确定结构分析模型和计算参数、内力侧移分析、构件截面设计。
　　
　　参考文献：
　　[1]苏晓华,彭文洁,初艳鲲.短肢剪力墙与异形柱结构的受力特点分析[J].科技资讯,2007,(03)
　　[2]黄擒虎,王佩斌.对异形柱框架结构设计的综合分析[J]山西建筑,2010,(27).
　　[3]天津大学.JGJ149-2006混凝土异形柱结构技术规程[S].,2006.