1 混凝土异形柱框架结构的定义及受力特点

　　异形柱是指柱截面的几何形状与常用普通的矩形截面相异的柱，进而在满足结构刚度和承载力等要求的前提下，根据建筑设计要求而采取不同几何形状截面的柱，如：T、L、十字形等形状截面的柱，且截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。混凝土异形柱框架结构：是以异形柱代替一般框架柱，和梁刚性连接组成的承受竖向和水平作用的结构。
　　异型柱结构与普通框架结构相比，有如下受力方面的特点：
　　根据建筑上的需要，异型柱在房间的分隔墙交点处灵活布置，平面刚度疏散均匀，经常会有梁纵、横不贯通，结构较难简化为平面结构计算；立面刚度分布较均匀，异型柱与轻质砌体填充墙在弹性阶段共同工作性能良好；柱采用T形、L形、十字形等截面形式，肢宽厚比在2.5~4.5之间，柱肢薄而狭长，双向压弯效应明显；异形截面仅有一根对称轴或没有对称轴，对荷载的方向角敏感，抗扭刚度较差，相应地也造成异型柱结构的荷载方向敏感性，且稍有不对称或偏心，抗扭能力降低较大；异形截面的柱肢角部是明显的薄弱部位，尤其是梁底与柱肢交界断面的柱肢角部，应力集中严重；异型柱结构的梁高宽比大，柱肢狭长，使梁柱重叠部分多，在梁端一定范围形成刚域；同时节点区较大而薄，在弹塑性阶段，应计入节点区变形对结构变形的影响；
　　2 混凝土异形柱框架结构设计与受力分析
　　2.1 混凝土异形柱框架的结构布置
　　合理的结构布置（包括平面布置及竖向布置）无论在非抗震设计及抗震设计中都有非常重要的意义，结构的平面和竖向布置宜简单、规则、均匀，这就需要结构工程师与建筑师密切协调配合，兼顾建筑功能与结构功能的合理性。关于结构布置中对规则性的要求，《混凝土异形柱结构技术规程》（JGJ 149--2006）提出：异形柱结构宜采用规则的结构设计方案，抗震设计的异形柱结构应符合抗震概念设计的要求，不应采用特别不规则的结构设计方案。比现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011对一般钢筋混凝土结构的有关规定更为严格，这是根据异形柱结构抗震性能和抗震设计特点而提出的。
　　异形柱结构并不要求全部柱截面均为非矩形截面。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，试验和理论分析表明由对称布置的异形柱所组成的框架，由于相互对称的异形柱的优缺点能相互补充，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 混凝土异形柱框架的结构计算
　　无论是非抗震设计还是抗震设计，在竖向荷载、风荷载、多遇地震作用下混凝土异形柱结构的内力和变形分析，按我国现行规范体系，均采用弹性方法计算，但在截面设计时则考虑材料的弹塑性性质。在竖向荷载作用下框架梁及连梁等构件可以考虑梁端部塑性变形引起的内力重分布。异形柱的柱肢截面的肢高肢厚比限制在不大于4的范围，与矩形柱相比，其柱肢一般相对较薄，研究表明：这样尺度比例的异形柱，其内力和变形性能具有一般杆件的特征，并不满足划分为薄壁杆件的基本条件。故在计算分析中，异形柱应按杆系模型分析。按空间模型进行结构分析时，柱与梁均考虑弯曲、剪切、及扭转变形，二者的差异是，柱还应考虑轴向变形：而梁一般不考虑轴向变形，仅当有必要考虑楼板平面内变形时才考虑轴向变形。
　　框架结构中的非承重填充墙属于非结构构件，但框架结构中非承重填充墙体的存在，会增大结构整体刚度，减小结构自振周期，从而产生增大结构地震作用的影响。为反映这种影响，可采用折减系数? 给对结构的计算自振周期进行折减（具体数值采用详见《混凝土异形柱结构技术规程》JGJ 149—2006）。
　　3 混凝土异形柱框架结构构造措施
　　3.1 异形框架柱
　　框架柱非加密区箍筋的数量应满足受剪承载力计算值的需要，且箍筋数量不宜小于加密区的50％；箍筋间距应不大于200mm。框架柱净高与柱截面长边尺寸之比不大于4时，应沿柱全高加密箍筋，箍筋间距不应大于100mm，且箍筋的体积配箍率不宜小于1.0％。 为保证粘结强度和混凝土浇筑质量，当肢厚为200mm时，纵向钢筋每排不应多于2根，当仅配一排钢筋配筋量不足时，应多排配置，并且每排钢筋之间的净距不应小于50mm。同样的原因，柱纵向钢筋的连接宜采用对焊。由于异形柱的肢厚较薄，因而如何方便施工、保证施工质量应成为设计中考虑的一项重要内容。
　　3.2 梁柱节点
　　异形柱结构的梁柱节点构造基本与普通柱框架结构相同。但由于柱的肢厚和梁的宽度均较小，因此钢筋的构造还是有一些特殊之处。在同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，其直径不应大于25mm，且不应小于14mm；内折角处应设置纵向受力钢筋。当柱中纵向钢筋间距超过250mm时，其间应设构造钢筋，直径可用12mm，并设拉筋，拉筋间距为箍筋间距的2倍；异形柱肢厚小于200mm时，纵向受力钢筋每排不应多于2根；肢厚200mm-250mm时，每排钢筋不应多于3根，必要时可分两排设置。 工程中为避免梁柱的纵向钢筋相碰，采取如下的构造方法：梁的纵向钢筋在柱的纵筋的内侧绕过，为了避免梁纵筋受拉时产生很大的向外的张力，应使其弯折的角度尽量地小，一般不大于1/25，并在柱截面外侧梁中设2Φ8附加箍筋，用以抵消纵筋的张力。梁、柱的纵筋每排不宜多于2根，否则将使节点区钢筋过密，难以保证混凝土的浇筑质量。
　　4 结语
　　异形柱框架结构虽然在结构上存在一定的缺陷，但有其存在的市场价值，在工程实践中也的确经常被使用。所以我们应该在掌握其受力特性和结构特点、了解其结构破坏机理的基础上选用合理的结构形式，正确地运用电算结果，满足规范要求的各种构造措施，才能够保证所设计的结构有可靠的安全度。