異形柱結構體系的發展與應用

劉文彤

(連云港市建筑設計研究院有限責任公司  江蘇連云港  222001)

1.概述

    混凝土異形柱結構是以T形、L形、十字形的異形截面柱代替一般框架柱作為豎向支承構件而構成的結構，以避免框架柱在室內凸出，少占建筑空間，改善建筑觀瞻，為建筑設計及使用功能帶來靈活性和方便性；同時結合墻體改革，采用保溫、隔熱、輕質、高效的墻體材料作為框架填充墻及內隔墻，代替傳統的燒結普通磚墻，以貫徹國家關于節約能源、節約土地、利用廢料、保護環境的政策。

2.歷史形成與發展

    20世紀70年代以來，國家有關部門發布專門文件，將在全國范圍內逐步禁止使用燒結黏土磚，異形柱結構體系就是在墻體材料革新推動下促進結構體系變革的產物。

    廣東、天津等省從20世紀80年代開始，在6層至9層的住宅工程中進行異形柱框架設計，獲得了大量的研究數據和豐富的設計經驗，并率先制訂和實施了異形柱結構地方標準。

    連云港市地處蘇北地區，隨著我國改革開放的不斷深入，作為新亞歐大陸橋東橋頭堡，江蘇省唯一具有出海港口的沿海城市，其區位優勢正逐漸顯現出來，我市迎來了大開發、大建設的跨越式發展時期。城鄉人民對住房需求日益增高，建設用地越來越緊張。住宅建筑必然向高的方向發展。幾年前大量興建的住宅層數，都還在5、6層，如今一般都在8．9層甚至10層以上。這樣，通常的磚混結構已滿足不了目前住宅建筑的要求，它自然被框架結構甚至性能更好的其它結構形式所代替，異形柱結構正是在此背景下為設計人員所熟知、所應用。

3.關于工程造價方面的問題

    異形柱結構的填充墻、隔墻應優先采用輕質高效的墻體材料，避免了采用燒結實心黏土磚，由此帶來的效益不僅是改善建筑的保溫、隔熱性能、節約能源消耗，而且減輕了結構自重，降低了墻體與基礎造價，有利于減少結構的地震作用；采用工業廢料制作輕質墻體，有利于節能環保，其綜合效益值得重視。

    異形柱框架結構在多層范圍內若要做到與磚混結構造價接近，宜使用大柱網，但是一般住宅開間小、進深淺、縱橫墻交叉多，層高較低，因此多采用小柱網方案。考慮到把框架梁跟磚混住宅中的圈梁合在一起，框架柱根跟構造柱合在一起．混凝土用量增加不多。經局部對比，采用異形柱框架的住宅比磚混住宅增加造價(直接費)20元／m2～25元／ m2。如果加上征地費用的平攤造價，總造價相差就很小，從整體和綜合效益上來講，很受住戶和建設單位的歡迎。

4.關于結構設計方面的問題

    4.1結構方案布置與構件截面選型

    異形柱框架基本上是按墻體布置的要求來設置的，布置靈活，適應性強，整體剛度好。柱距和梁的跨度一般在3 m～6m之間，負荷面積較小，合理地解決了結構受力和小面積房間使用的問題。

    柱載面常用T、L、十等形式，兩柱肢中線的交點即為剪力中心。在選擇柱截面形式時，要考慮受力合理，有利于柱的工作，盡量避免和減少柱的附加扭轉與翹曲應力，還要注意形狀不要過分復雜，節約材料，有利施工。異形柱配筋計算，按雙偏心受壓、拉構件計算，箍筋采用雙剪配箍。梁按矩形截面來計算，考慮到整體現澆板會起加強剛度的作用，框架梁慣性矩可乘以l.5～2．0剛度提高系數(其中，邊框梁取1.5，中框梁取2 0)。

    根據筆者體會，柱肢壁厚以采用200 mm(或220mm)、柱高采用500mm-600mm較為常用。框架梁截面取200mm×350mm-500mm較為合適，其中橫向粱200mm×400 mm，縱向梁200mm×370mm(梁底與門窗頂標高一致)使用最多。穿過大廳的梁高不宜超過350 mm，以滿足建筑美觀和結構安全的要求。在樓梯間、電表箱等處，暗埋的電線管比較密集，對梁削弱較多，從結構安全與方便施工的角度考慮，局部跨梁段應加寬至250 mm或300 mm。

    4.2梁柱截面配筋注意點：

    由于柱梁截面較小，為避免鋼筋過密，縱向受力鋼筋的根數宜少。如柱截面厚200 mm，鋼筋直徑不大于25 mm，柱每邊縱向受力鋼筋宜用兩根，否則節點施工困難。在實際工程中，柱截面厚度可取220mm，就是在經粉刷處理后不影響房間使用情況下，有限地加大柱截面尺寸，改善鋼筋過密的現象。當柱肢寬度較大，縱向受力鋼筋的間距不能滿足要求時．應設置縱向構造鋼筋，構造筋選用直徑12mm的即可，不必選用很粗的鋼筋，構造筋間設置拉筋，間距與箍筋間距相同。

    框架梁200mm寬，每排受力筋宜用兩根，盡量避免和少用3根。當配筋面積較大時，可布置兩排鋼筋。

    4.3關于配合使用小截面矩形柱的問題：

    異形柱結構在住宅工程中大量應用，并取得成功，但柱的構造鋼筋和模板用量較多，施工不如矩形柱方便。可以在房屋的樓梯間、電梯井、相鄰兩房間門垛等處，布置一般的矩形框架柱，這種矩形柱截面常用300 mm×500 mm～600mm。

    連云港市的住宅工程，底層多用作車庫或雜物間，可以結合底層柱受力大，儲藏間使用要求低的特點，適當加大柱截面尺寸，布置矩形拄。采用異形柱與矩形柱配合使用的異(矩)形柱框架，不僅保持了異形柱框架的優點，而且比采用全異形柱框架降低造價，提高經濟效益。

    4.4關于局部使用梁拖柱的異形柱結構

    異形柱結構體系中，除異形柱上下連續貫通落地的一般框架結構之外，根據建筑功能的需要可采用底部抽柱帶轉換層的異形柱結構，這種結構上部樓層的一部分異形柱根據建筑功能的要求，并不上下連續貫通落地(即底部抽柱)，而是落在轉換大粱上(即梁拖柱)，完成上部小柱網到底部大柱網的轉換，以形成底部大空間結構，但剪力墻應上下連續貫通房屋全高。

    這種商住樓的底層(或轉換層)框架，應采用大截面粱柱和較高強度等級的混凝土，轉換層樓板剛度亦應適當加強。在上部結構中，即使每榀框架的負荷面積和單位荷載都一樣，但不同梁柱的受力情況是有明顯差另0的。轉換層的框架大粱，盡管剛度很大，但畢竟有撓度，由其抬起來的粱上柱是“動支座”，而落地柱則是“固定支座”。梁上柱的內力就明顯小于相對應的落地柱。以粱上柱為支座的框架梁，其內力情況與以落地柱為支座的框架梁有明顯不同。例如，以梁上柱為支座的粱端負彎矩就明顯小于以落地柱為支座的粱端負彎矩，而它們的梁端正彎矩恰恰相反。這些在應用計算機程序進行截面配筋、輔助設計時應予以注意。

5.結束語

    近年來國內各高等院校、設計、研究單位對異性柱結構的基本性能、設計方法、構造措施及工程應用等方面進行了大量的科學研究與工程實踐，特別是國家行業標準<混凝土異形柱結構技術規程>的發布，為異形柱結構設計施工、工程審查及質量監控，提供了依據。

綜上所述，異形柱結構有著廣闊的市場前景，在設計中應根據其受力特點，充分了解其破壞機理，選擇合理的截面形式，正確掌握計算機分析方法與截面配筋，其結構才能有可靠的安全保證。

參考文獻：

[1]JGJl49—2006混凝土異彤柱結構技術規程[S]．中國  建筑l業出版社，2006．

[2]江蘇省質量技術監督局，江蘇省建設廳，DB32／512— 2002鋼筋混凝土異彤柱框架結構技術規程[S]．

[3]全國民用建筑工程設計技術措施(結構)[S]．中國計劃出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)