异形柱框架结构设计在酒店建设中的应用

【关键词】酒店；异形柱；框架结构；建筑设计 

　　1异形柱及异形柱结构概念 

　　异形柱是指在满足结构刚度和承载力等要求的前提下，根据建筑使用功能、建筑设计布置的要求而采取不同几何形状截面的柱。异形柱框架结构是指全部或部分柱截面为L形、T形、十字形，截面高与肢厚之比小于或等于4的框架结构。 

　　2异形柱在酒店建筑框架结构中的应用及其适应范围 

　　2.1异形柱的应用 

　　近年来由于采用框架结构的酒店建筑不断增多，源于土地资源的紧缺，多数都会加层建设。依据抗震设计的要求，其对7层以上建筑的抗震设防更加有利。 

　　采用有异形截面柱的高层酒店建筑，设计时应避免出现短柱，是因为在压剪作用下由于短柱会出现脆性的剪切破坏。设计中高长比要大于4，在梁高0.6m的前提下，当标准层为3m时，异形柱的最大肢长可为0.6m；底层层高为4.2m时，肢长可为0.9m。另外，对柱的纵向钢筋也有规定，根据《钢筋混凝土异形柱框轻结构住宅技术规程》规定，在同一截面内，纵向受力钢筋宜采用相同直径，其直径应小于25mm，且大于1.4cm，内折角处应设置纵向受力钢筋，柱中纵向钢筋间距在0.2～0.25m范围内为宜，不能满足时，应设置纵向构造钢筋，其直径取1.2cm，并设拉筋，拉筋间距与箍筋间距相同。箍筋最小直径Φ8，最大间距0.2m，对有抗震设防要求时，在柱上下两端的规定范围加密区最大间距为0.1m。 

　　由于异形柱截面宽度较小，为保证结构有较好的延性及符合抗震要求，可以限制异形柱各肢端部纵向钢筋直径来保证纵向钢筋骨架有良好的垂直度；在异形柱与矩形柱节点处，限制异形柱纵向钢筋插入核心区长度，配置异形柱箍筋等保证延性要求。 

　　2.2适应范围 

　　异形柱框架结构适用于：（1）地区的抗震设防裂度≤7度；（2）建筑高度在27m以下；（3）柱网尺寸小于7.2m。当设置斜撑或剪力墙而构成异形柱框一剪结构体系时，建筑高度与抗震等级的确定应以其他地区技术规程作为参考。 

　　3异形柱具有的性能 

　　3.1承载能力 

　　异形柱是由多肢构成的，柱肢截面高度与其宽度之比在2.5～4范围，墙肢平面内向刚度不同于外向刚度，两者相差较大，刚度也不同，因此，各向的承载能力也不相同。 

　　3.2抗震能力 

　　异形柱框架结构的抗震等级，应根据建筑的结构类型、高度和地区的抗震设防烈度进行选择，而且要达计算要求及设计构造标准，设计规定：（1）三级抗震：抗震设防烈度为7度且建筑高度<22m；（2）二级抗震：①抗震设防烈度为7度且建筑高度≥22m；②抗震设防烈度为8度且建筑高度≤25m。一般来说，异形柱框架结构只适用的地区：抗震设防烈度≤7度，建筑高度<35m。 

　　3.3变形能力 

　　大多数酒店建筑层高为2.8～3.1rn，异形柱肢厚约为0.2m，一般为了确保足够的承载力，异形柱肢长不能太小，否则会出现太小的柱剪跨比值，造成短柱现象，出现剪切变形，降低了构件的变形能力。假如异形柱的轴压比较小，但当柱壁构件太薄时，截面曲率就会较小，也会导致异形柱出现弯曲变形性，降低了异形柱的延性。 

　　4异形柱框架结构设计的常见问题 

　　4.1结构计算方面 

　　（1）进行柱的配筋计算时，单偏压、双偏压计算均适用于一般框架结构，但单偏压计算不适用于异形柱结构，因此，只能选用双偏压计算。 

　　（2）两个主轴方向除了计算水平地震作用，还要验算抗震验算，此外，7度与8度还要验算与主轴成45°方向。 

　　（3）柱框架结构扭转不规则时，根据《抗震》相关规定：建筑楼层竖向构件的最大水平位移与层间位移，对比该层两端弹性水平位移与层间位移之间的平均比值要小于1.5，但对于异形柱结构此比值应小于1.45。 

　　（4）按照规定，建筑楼层承载力出现变换时，薄弱层地震剪力按照1.15倍系数增加，但异形柱结构应按照1.2倍系数增加，设计者应该注意此系数并进行调整。 

　　4.2截面方面 

　　一般矩形结构，当其截面高宽之比值小于4且厚度小于300时，结构柱的受力性能就会下降，异形柱不适用，用于异形柱必须加强其结构设计。 

　　4.3配筋方面 

　　一般来说，框架梁配筋的布置遵循梁宽同柱宽的方式，但是在梁与柱的节点位置，需要把梁的钢筋弯入柱的纵筋内侧，由于异形柱柱肢厚度不足，容易导致节点位置的钢筋间距过密，因此，框架梁配筋应结合异形柱的结构特点。 

　　举例说明：当框架梁宽度为200mrn且柱纵筋直径为1.6cm时，对于普通框架梁，其上部配置3根纵筋即可，假设梁纵筋直径为a，当在异形柱结构的梁上部配置3根纵筋时，便出现如下结果：2×30-2×16-3a-3×1.5a=200，那么a=14.4mm，结果表明：在异形柱200mm宽的梁上部按普通框架梁一样配置3根纵筋时，其直径必须小于14mm，此值未考虑施工误差；假如只配置3根14mm宽的钢筋，在实际工程中，现梁柱节点位置也可能出现钢筋过密的问题，所以，异形柱结构梁柱节点处的钢筋数应≤2根。 

　　4.4梁柱节点剪承载力方面 

　　对于异形柱框架结构，由于其柱肢厚度较小，异形柱结构梁柱节点核心区的受剪承载力会小于普通框架结构的受剪承载力，造成异形柱梁柱节点核心区的受剪承载力出现超限情况，所以，进行异形柱结构设计时，应通过提高混凝土强度等级等方法解决此问题。 

　　4.5柱距的影响 

　　影响异形柱柱距的因素包括有建筑使用功能、层数因素、结构自重等。应确保建筑功能同时，使柱距轴压比控制在施工规定的范围内，当柱距太大时，会导致梁高太高，容易出现柱的净高太小，便形成短柱或极短柱问题，影响抗震性能。 

　　5异型柱框架结构的设计要点 

　　5.1异形柱框架结构布置 

　　（1）框架结构扭转肯定会带来不利影响，因此，设计时结构平面要对称，平面与刚度尽量做到一致，柱上两个主轴方向的布置要协调对称，否则要充分分析扭转对结构受力的影响。 

　　（2）异形柱框架结构应该进行双向设置，对齐框架柱，拉通框架梁，纵横框架梁不要相互支撑，确保结构空间受力，保证结构的承载力、刚度、抗震性及稳固度，形成良好的统一整体。 

　　（3）不要出现错层，这样能有效预防建筑楼层出现竖向的刚度突变，而且竖向的体型规则布置。 

　　（4）对于个别部位，其受力较为复杂的，应改为选用一般框架柱。 

　　5.2明确抗震等级 

　　异形柱框架结构对抗震性能有严格的要求，抗震等级低的确定，影响着计算、结构延性及其变形能力，通过抗震等级制定相关必要措施。抗震等级的确定由当地的抗震设防烈度、结构类型及其高度来决定。异形柱框架结构的延性比矩形柱框架的要低，所以，异形柱框架结构的抗震等级相对较高 

　　6结语 

　　异形柱框架结构在建筑市场的发展需求中被广泛应用，发展前景广阔，对于抗震设防烈度小于7度的地区，属于一种安全、经济的结构选择方案，但是异形柱框架结构也存在一定的劣势，因此，进行异形柱框架结构设计时，要按照设计规范的要求，并充分了解异形柱的受力特点及其破坏机理。