异形柱结构设计

摘要：依据本人曾经做过的涉及异形柱项目，对异性柱结构设计中的一些问题，如计算方法、异形柱受力性能及参数控制等进行总结探讨，提出建议，供结构设计人员参考。

关键词：异形柱；结构设计；钢筋

现今，结构设计软件进度飞跃，大家也越来越重视结构设计软件这个市场，据我所知现今可以进行异形柱截面内力计算配筋的软件有建研院的SATWE、TAT，广东省院的SS、SSW程序，混凝土异形柱结构配筋计算程序CRSC。现国内结构设计更多的是采用PKPM软件，自然SATWE会接触得多一点。本人单就SATWE来计算异形柱做出总结如下几点 （一）异形柱定义及选用

现今建筑平面立面的不规则，导致结构不得不做各种各样的异形柱，以满足功能和美观要求，异形柱（specially shaped column）是异形截面柱的简称。这里所谓“异形截面”，是指柱截面的几何形状与常用普通的矩形截面相异而言。常见的异形柱截面几何形状有L形、T形和十字形及梯形等，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。

由于异形柱截面的不规则，其受力、构造、变形等都难以正确的完整分析，很多人并不推荐采用，个人也认为，规则的柱墙其受力分析及现在的理论分析都已经很成熟，所以能采用规则性的柱墙则尽量采纳，但对于不可避免的采用异形柱，应从多方面考虑，经过多方面校算，满足结构安全性要求。 （二）异性柱输入方法

PMCAD软件中提供了多种截面类型的异形柱选择如图：

其中应用得较多的有有L形、T形和十字形及梯形，其中L型、T型和十字型均可由十字型完成，个人也建议采用十字型输入，因为L型和T型截面输入时涉及角度旋转，其就影响至柱的内力计算、位移、绘图等多方面，但用过PKPM的都大致知道，PKPM在转角参数的计算存在一定问题，常会造成某些方面的稳定性。所以个人建议对于T型和L型的截面柱采用十字型输入，这样转角参数可按默认0°输入，这样计算是最可靠的。同时这样相对也比较容易输入，按十字型输入L型和T型时只需把那个方向肢长定义为0即可，如图

（三）异形柱参数设置

异形柱虽然应用广泛，但纯异形柱结构并不是很广泛，在SATWE参数设置中，仍然采用正常柱墙的形式定义其结构体系，但应采用异型柱结构校核其异形柱计算配筋及位移。 对于异性柱，由于其柱肢较长，与梁重叠较多，对整体结构的变形、刚度、自振周期和梁内力等都会有不容忽视的影响。因此在SATWE输入参数设置中应将梁柱重叠部分定义为刚域以用以校核与异形柱相连的梁配筋。

由于异形柱截面可能出现不规则的角度，所以对其地震信息的输入个人建议附加45°和135°两个方向地震，以校核各种形式下的地震工况。如下图：

以上参数仅对异形柱进行校核时进行设置，当异形柱数量并未达到一定比例时，仍采用普通结构参数进行SATWE参数设置。 （四）轴压比等要求

对于异性柱轴压比，《混凝土异形柱结构技术规程》也做出了明确规定，如下表：

异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，在受力状态下，各肢产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的变形能力比普通矩形柱降低。

异形柱的延性比普通矩形柱的差，轴压比、高长比（即柱净高与截面肢长之比）是影响异形柱破坏形态及延性的两个重要因素。作为异形柱延性的保证措施，必须严格控制轴压比，

同时避免高长比小于4（短柱）。控制柱截面轴压比的目的，在于要求柱应具有足够大的截面尺寸，以防止出现小偏压破坏，提高柱的变形能力，满足抗震要求。 （五）其他要求

对于异形柱，各地也有自己的规定，以下为个人总结比较有代表性的地方规程：

广东《规程》按建筑抗震设计规范（GBJ11—89）中所规定的柱子轴压比降低0.05取用（按截面的实际面积计算）；天津《规程》则根据箍筋间距与主筋直径之比、箍筋直径及抗震等级共同确定，其要求比广东《规程》严格，例如，对s/d=5、4（即箍筋间距s=100mm，纵筋直径d分别为20mm、25mm的情况），箍筋直径dv=8mm，抗震等级为三级的L形截面，其轴压比限值分别为0.60，0.65。异形柱是从短肢剪力墙向矩形柱过渡的一种构件，柱肢截面的肢厚比（即肢长/肢宽）不大于4。《高规》（JGJ3—91）第5.3.4条，“抗震设计时，小墙肢的截面高度不宜小于3bw”，“一、二级剪力墙的小墙肢，其轴压比不宜大于0．6”。 这些规定并不是一味的补强其构造措施，而是为了满足异形柱的可靠性而制定的，加强异形柱的构造措施也是强柱弱梁理念的一个体现。 [结论及建议]：

异形柱已经应用越来越广泛，但其还处于初始阶段，系统的理论研究并还不完整，积累的实践资料还是很少，但实际应用中还是应注重其功能性和安全性的，设计人员应在设计中根据其受力特点，充分了解其破坏的各种机理，合理的选用结构形式，正确掌握计算机分析方法及截面配筋，既要保证其安全性也要顾及其成本控制。

参考文献：

[1]JGJ 149-2006《混凝土异形柱结构技术规程》.天津大学.2006

[2]王依群、曹茹《PKPM软件计算异形柱结构注意事项》.结构工程师.2010