异形柱结构设计分析论文

异形柱结构设计分析论文（精选12篇）

异形柱结构设计分析论文 篇1

异形柱是指截面肢厚小于300mm的L、T、+形的截面柱。建筑界所讲的“异形柱”,特点是截面肢薄,由此引起构件性能与矩形柱性能的包括受力、变形、构造做法等一系列差异。制定规程主要是针对肢厚200、250mm的异形柱。其形式与短墙肢相似,若肢较长就称短墙肢,很难划分两者的界线。

其中“Z”、“一”形柱未列入规程的原因如下。

第一,“Z”形柱在实际工程中,应用很多。“Z”形截面柱与“一”形截面柱类似,即两主轴方向抗弯能力相差甚大,多数情况下是Z形的上下两水平肢受与其方向一致的力,即由两根梁传来的拉力或压力,这只有通过中间肢的受扭来传递,后果只能是中间肢的断裂。“Z”形异形柱目前研究的不是很多,但在实际工程还是有用的。如果结构中只是个别柱为Z形,可以采用加强构造的设计。

第二,“一”形柱截面两主轴方向抗弯能力相差甚大。不论是在风荷载作用下还是在地震作用下结构中的柱一般都是受到两个方向的弯矩同时作用,其受力后的表现可想而知,它在双向剪力作用下性能也不好,由GB50010柱双向受剪承载力计算公式可见,柱截面相邻两边长相差越多,其斜向受剪承载力越低。

二、底层减柱的限制

第一,落地的框架柱应连续贯通房屋,框架柱应连续贯通转换层以上的所有楼层。底部抽柱数不宜超过转换层相邻上部楼层框架柱总数的30%,转换层下部结构的框架柱不应采用异形柱。底部抽柱带转换层的异形柱结构可用于非抗震设计和6度、7度抗震设计的房屋建筑。

第二,带转换层的异形柱结构在地面以上大空间的层数,非抗震设计不宜超过3层;抗震设计不宜超过2层;底部抽柱带转换层异形柱结构适用的房屋最大高度不少于10%,且框架结构不应超过6层。框架-剪力墙结构,非抗震设计不应超过12层,抗震设计不应超过10层。

第三,不落地的框架柱应直接落在转换层主结构上。托柱梁应双向布置,可双向均为框架梁,或一方向为框架梁,另一方向为托柱次梁;转换层上部异形柱向底部框架柱转换时,下部框架柱截面的外轮廓尺寸不宜小于上部异形柱截面外轮廓尺寸。转换层上部异形柱截面形心与下部框架柱截面形心宜重合,当不重合时应考虑偏心的影响;

第四,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比宜接近1。转换层上、下部结构侧向刚度比可按国家行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002第E.0.2条的规定计算。规程不允许次梁转换(二次转换)。

第五,转换层及下部结构的混凝土强度等级不应低于C30;转换层楼面应采用现浇楼板,楼板的厚度不应小于150mm,且应双层双向配筋,每层每方向的配筋率不宜小于0.25%。楼板钢筋应锚固在边梁或墙体内;

第六,托柱框架梁的截面宽度,不应小于梁宽度方向被托异形柱截面的肢高或一般框架柱的截面高度;不宜大于托柱框架柱相应方向的截面宽度。托柱框架梁的截面高度不宜小于托柱框架梁计算跨度的1/8;当双向均为托柱框架时,不宜小于短跨框架梁计算跨度的1/8。托柱次梁应垂直于托柱框架梁方向布置,梁的宽度不应小于400mm,其中心线应与同方向被托异形柱截面肢厚或一般框架柱截面的中心线重合。

第七,注解:直接承托不落地柱的框架称托柱框架,直接承托不落地柱的框架梁称托柱框架梁,直接承托不落地柱的非框架梁称托柱次梁。

三、应用范围及特点

异形柱应用在7度设防以下。在异形柱结构中使用扁平柱是可以的,建议最小厚度取250,梁纵筋用3级钢,直径不超过12。各项验算同普通框架柱,构造和轴压比建议控制更严格一些。因“一”形异形柱不提倡用,在某工程上缺了还不行,没办法可用扁平柱,其计算按矩形柱方法计算。

地震力系数放大,自振周期折减。因用异形柱导致刚度下降,使得地震力减小,应采用地震力放大系数来适当地增加地震力。计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期,应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。

四、截面定义输入

异形柱截面有T形、十形、L形,对一字形、Z字形规程未列入应用,在PMCAD截面定义中输入T形按2截面工形输入,不用的地方输0;十形按6截面十形输入;L形用5截面槽钢形输入。其宽均为240,肢长为600。输入轴线节点处应注意偏心材料应定为砼。为减少输入偏心转角的麻烦,在定义时要多定几个不同的截面类型。

五、配筋计算及施工图画法

配筋计算如下:采用双偏压、拉计算,箍筋采用双剪箍。异形柱肢长与肢宽比≤4时,否则应考虑梁的刚域。这时梁柱重叠部分,按刚域参数考虑。

施工图画法如下:a全楼柱钢筋归并;b平面柱大样画法画异形柱施工图,应注意箍筋加密与普通柱相同;柱分布筋之间设拉筋,其直径同箍筋,间距是箍筋的2倍;横向肢、竖向肢分别按计算配置一个矩形箍筋,并分别满足X、Y向计算箍筋面积的要求;c竖向筋要满足最小间距要求,采用对称配筋,一排排不下,程序自动放两排;按固定钢筋和分布筋的构造要求分别配制固定钢筋和分布筋。d在核心区箍筋相交处,若无主筋时,应设竖向架立筋如T形柱内侧,架立筋为构造筋,隐含直径D=14mm。

六、其它

顶层托斜层顶的(角)柱,规程对此没有涉及,它所受轴力、弯矩均不大,柱本身强度不会成问题,关键是房屋顶部结构整体性能,设计人员自己把握抗震设计的异形柱结构不应有错层,原因是免形成短柱。这里的错层是指规范和高规中的“较大的错层”。抗震设计时,框架柱的净高与柱截面长边之比不宜小于4,不应小于3。一般楼梯处易出现短柱,为此在楼梯间两侧布置剪力墙其它地方以异型柱为主。异形柱在斜向水平荷载作用下,其受剪承载力的平面图形为梅花状,等肢情况下异形截面柱受剪承载力在各象限图形是凸的。

异形柱结构设计分析论文 篇2

1 关于异形柱

异形柱是指柱截面摈弃了惯用的矩形柱, 而采用多个小墙肢的组合截面柱子, 由剪力墙演变而来。柱肢截面中各肢高厚比不大于4, 常用的有L形、T形和十形, 亦有采用Z形。柱肢宽度一般使用与墙体相同的厚度, 一般为200~250mm, 不大于300mm。肢长较大, 《规程》规定不小于500mm, 一般为600~800。除此之外, 不等肢异形柱肢高比一般不超过1.6, 各肢截面厚度不能相差过大。

2 异形柱框架结构的特点

由于截面的特殊性, 使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大, 导致各向刚度不一致, 其各向承载能力也有较大差异;

对于长柱 (H/h>4) 可以不考虑剪切变形的影响, 控制轴压比较小时, 受力明确, 变形能力较好。而对短柱 (H/h<4) , 剪切变形占有相当比例, 构件变形能力下降。异形柱通常在短柱范围, 且属薄壁构件, 即使发生延性的弯曲形破坏, 也因截面曲率M/EI或εcu/χ (εcu为砼的极限压应变, χ为截面受压区高度) 较小, 使弯曲变形性能有限, 延性较差;

异形柱由于是多肢的, 其剪切中心往往在平面范围之外, 受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力, 这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力, 而该剪应力的存在, 使柱肢易先出现裂缝, 也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态, 它使得异形柱较普通截面柱变形能力低, 脆性破坏明显;

特别是异形柱不同于矩形柱, 它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况, 其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析, 异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等, 影响其破坏形态的因素有:荷载角、轴压比、柱净高与截面肢长比 (剪跨比) , 配箍率以及箍筋间距S与纵筋直径D的比值等。由于其受力性能的复杂, 设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。

3 结构的受力分析

3.1 整体计算分析

异形柱的存在和不同的布置对结构整个抗侧力刚度影响很大, 总体来讲相对于同样布置的同截面矩形柱结构, 异形柱结构的整体性要好, 刚度略有增强;而单结构形式来讲, 异形柱结构的刚度介于普通框架和框架剪力墙之间。文献[2]对8度区-6层住宅分别采用矩形柱和异形柱框架进行设计, 然后分别采用SATWE和CRSC程序对比分析, 结果表明在地震作用下异形柱结构的底部剪力要比矩形柱框架结构大16%~26%左右, 各层柱的平均剪力和节点剪力也比矩形柱框架大很多。异形柱结构的受力特点介于普通框架柱和剪力墙之间, 结构的抗震性能比较差, 因此, 对异形柱结构应按空间体系考虑, 宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析。因异形柱和剪力墙受力不同, 所以计算时不应将异形柱按剪力墙建模计算。

对异形柱框架结构, 一般宜按刚度等效折算成普通框架进行内力与位移分析。当刚度相等时, 矩形柱比异形柱的截面面积大。一般比值 (A矩/A异) 约在1.10~1.30之间。因此, 用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱, 建议用比值 (A矩/A异) 对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱。

对有剪力墙 (或核心筒) 的异形柱结构, 由于异形柱分担的水平剪力很小, 由此产生的翘曲应力基本可以忽略, 为简化计算, 可按面积等效或刚度等效折算成普通框架—剪力墙 (或核心筒) 结构进行内力与位移分析。按面积等效更能反映异形柱轴压比的情况, 且面积等效计算更为简便。但应注意, 按面积等效计算时, 须同时满足下面两式:

(1) A矩=A异; (2) b/h= (Ix异/Iy异) 1/2

式中, A矩、A异——分别为矩形柱和异形柱的截面面积;

b、h——分别为矩形截面的宽和高;

Ix异、Iy异——分别为异形柱截面x、y向的主形心惯性矩。

但这种等效转化后的计算模型仍与实际结构有较大出入, 由于异形柱肢长比较大, 与梁相交时梁柱重叠部分较大, 形成类似与壁式框架的梁柱刚域, 梁的计算长度大大减小, 实际结构的侧向刚度比计算模型大, 导致地震力计算偏于不安全, 文献[3]对柱内力在程序计算结果的基础上乘以约1.1的放大系数或者加大周期折减度以适当考虑其影响。考虑到受力后异形柱结构反应复杂, 抗震性能不好, 为符合“三水准两阶段”的抗震设计思路, 地震作用计算后梁柱的内力调整都相对要求更严格些。

3.2 截面承载力

柱肢截面的差异, 导致柱肢平面内外两个方向的截面特性相差较大, 异形柱截面在轴压力及弯矩剪力共同作用下, 正截面承载力的计算是一个十分复杂的问题, 因为柱截面中和轴一般不与弯矩作用平面相垂直, 也不与截面边缘平行, 其位置随截面尺寸、混凝土强度、配筋率及荷载角等诸多因素的变化而变化。进而导致柱肢平面内外两个方向的惯性矩差异明显, 进而侧向刚度相差较大, 对不等肢的截面表现尤甚。因此普通柱正截面抗弯验算的计算公式并不适用于异形柱, 《规程》将异形柱截面划分为有限个混凝土单元和钢筋单元, 仍然采用平截面假定给出了双向偏压的正截面承载力验算公式。

由于多肢的存在, 其截面的剪力中心往往在截面外, 受力后主要依靠柱肢交点处的核心混凝土协调变形和传递内力, 导致各柱肢内存在相当大的剪应力和翘曲应力, 柱肢易首先出现裂缝, 核心混凝土处于三向受剪状态, 变形能力降低, 脆性破坏特征明显。

异形柱的斜截面受剪承载力也随荷载作用方向而变化, 但对同一方向的地震作用由于翼缘的有利作用, 通常比等面积矩形柱高, 文献[4]表明, T形截面柱的受剪承载力至少为同截面面积矩形柱的1.15倍, L形柱则基本相同。

3.3 节点强度

普通框架只要梁柱截面满足规范构造要求, 节点核心区面积大, 除二级或更高抗震等级的节点外, 一般不需要特别进行节点抗剪验算。但异形柱框架的肢厚不大, 节点核心区有效水平截面积小。另外, 异形柱由于轴压比的要求, 通常肢长较大, 相对同截面面积的矩形柱来讲, 刚度大, 地震作用大, 相应的节点剪力比相同布置下 (柱面积相等) 的矩形柱结构大很多。因此异形柱框架节点一般都需要验算节点抗剪强度。同时, 异形柱肢厚度偏薄, 节点斜压机制引起的核心区斜压力相对较大, 钢筋握裹性能差, 施工质量的可靠性也难以满足。

异形柱截面形式的不同, 其节点受剪承载力也差别较大。十形截面柱的翼缘布置在节点截面中间受力最大的部位, 翼缘的作用得以充分发挥, 节点受剪承载力与同截面面积的矩形柱相差不大, T形截面次之, L形相差最大, 受剪承载力下降最大。文献[5]研究表明:L形、T形、十形柱节点的受剪承载力比具有相同有效截面的矩形柱节点分别低33%、17.5%、8%左右, 且用于矩形柱框架节点抗剪验算的公式已不适用于异形柱节点, 在高烈度地区控制异形柱结构适用高度的参数已不单单是柱轴压比, 而是节点区的强度。因此在设计时必须进行节点区的强度验算。

4 构造措施

异形柱的受力情况复杂, 结构延性相对较差, 单纯依靠目前的程序计算配筋尚难满足结构抗震的延性要求, 因此必须加强构造措施, 从概念出发, 保证结构具有足够的安全度。

4.1 结构平面布置

异形柱框架应设计成双向刚接梁柱抗侧力体系, 根据结构平面布置和受力特点, 可设计成部分异形柱部分矩形柱的形式, 特别注意在受力复杂部分采用矩形柱。平面布置宜使结构平面刚度均匀对称, 尽量控制或减小扭转效应:竖向布置注意体型力求简单规则, 避免过大的外挑内收, 避免楼层刚度沿竖向突变;柱网尺寸不易过大, 一般不超过6m, 柱矩大梁高也大, 一方面建筑净空难以满足要求, 另一方面柱承受的轴力也大, 轴压比高, 于抗震不利。为保证梁板对异形柱节点的约束, 宜采用现浇楼盖。

4.2 轴压比及柱配筋

对于柱而言, 控制其延性的因素很多, 不管对矩形柱还是异形柱, 轴压比无疑是最重要的控制条件之一, 其侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降, 对异形柱更应从严控制。这可以通过控制柱距、采用轻质墙体、优化结构平面布置改善。柱肢端承受梁传来的集中荷载, 局部压应力大, 可设置暗柱。曹万林等《钢筋混凝土带暗柱异形柱抗震性能试验及分析》表明:带暗柱异形柱与普通异形柱相比, 承载力及延性和耗能能力有显著提高。

异形柱截面的剪力中心与截面形心不重合, 剪应力的存在使柱肢先于普通矩形柱的剪压构件出现裂缝, 产生腹剪破坏, 导致柱脆性显著, 延性普遍低于矩形柱。而且柱截面可能出现单纯翼缘受压, 此时柱的延性最差, 因此需要进一步提高异形柱的抗剪能力。除此之外, 尽量避免短柱的出现, 对剪跨比小的短柱要采取相应的加强措施, 以免形成薄弱环节。

4.3 节点构造

节点已经成为异形柱结构的薄弱环节, 考虑到节点处钢筋的锚固以及保证节点区混凝土浇筑的质量, 柱钢筋数量不宜过多且直径不宜过大。

5 结束语

异形柱结构具有广阔的应用前景, 但其受力性能具有自己的独特性, 目前仍需要进一步研究以完善设计理论, 开发更适用的设计软件, 提高工程设计效率, 便于推广运用。

参考文献

[1]JGJ 149-200.混凝土异形柱结构技术规程

[2]黄锐.抗震设防高烈度区异形柱结构设计应注意的两个问题.建筑结构.2005 (5)

[3]沈伟, 汪杰.南京虎啸小区09栋住宅异形框架设计.建筑结构.2001 (11)

[4]李建辉.论述异形柱轻型框架的设计.福建建筑高等专科学校学报.2000 (2)

异形柱结构设计分析论文 篇3

【摘要】对异形柱与短肢剪力墙结构设计中的一些问题，如计算方法、异形柱受力性能及其轴压比控制、短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱等进行探讨，提出建议，供结构设计人员参考。

【关键词】异形柱；短肢剪力墙；结构设计

1. 前言

（1）现代住宅建筑要求大开间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等。异形柱与短肢剪力墙结构能较好地满足现代住宅建筑的要求，因而逐渐得到了推广应用。

（2）目前，现行国家规范或规程中尚未给出有关异形柱与短肢剪力墙结构设计的条款，因此，结构设计人员在设计中常会遇到一些规范或规程尚未论及的问题，需要设计人员积累经验，利用正确的概念进行设计。

（3）本文旨在对异形柱与短肢剪力墙结构设计中的一些问题进行探讨，提出个人看法，供结构设计人员参考。

2. 异形柱结构型式及其计算

（1）异形柱结构型式有异形柱框架结构、异形柱框架——剪力墙结构和异形柱框架——核心筒结构。异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。因此，对异形柱结构应按空间体系考虑，宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析。因异形柱和剪力墙受力不同，所以计算时不应将异形柱按剪力墙建模计算。

（2）当采用不具有异形柱单元的空间分析程序计算异形柱结构时，可按薄壁杆件模型进行内力分析。

（3）对异形柱框架结构，一般宜按刚度等效折算成普通框架进行内力与位移分析。当刚度相等时，矩形柱比异形柱的截面面积大。一般，比值（A矩/A异）约在1.10～1.30之间。因此，用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱，建议用比值（A矩/A异）对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱。

（4）对有剪力墙（或核心筒）的异形柱结构，由于异形柱分担的水平剪力很小，由此产生的翘曲应力基本可以忽略，为简化计算，可按面积等效或刚度等效折算成普通框架——剪力墙（或核心筒）结构进行内力与位移分析。按面积等效更能反映异形柱轴压比的情况，且面积等效计算更为简便。

（5）一般，按面积等效计算时，矩形柱的惯性矩比异形柱的小。但对有剪力墙（或核心筒）的异形柱结构，计算分析表明，按面积等效与按刚度等效的计算结果是接近的。

（6）异形柱的截面设计，可根据上述方法得出的内力，采用适合异形柱截面受力特性的截面计算方法进行配筋计算。

3. 短肢剪力墙结构及其计算

（1）短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中，只需按剪力墙输入即可，而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有6个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有7个自由度（多一个截面翘曲角，即扭转角沿纵轴的导数），考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂（如有转换层）时，也存在一些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短（一般为墙厚的5～8倍），本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用TAT、TBSA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。

（2）对设有转换层的短肢剪力墙结构，一般都只是将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙框支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。因此，带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件（如SATWE）进行计算。当然，从整体上的内力（特别是下部支承柱的内力）分布情况来看，如果将剪力墙加以适当的处理，还是可以用TAT、TBSA对结构进行整体计算的。

4.异形柱的受力性能及其轴压比控制

（1）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。

（2）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。

（3）短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏，设计中应尽量避免出现短柱。根据高长比不宜小于4，在梁高为600mm的前提下，当标准层层高为3.0m时，异形柱的最大肢长可为600mm；底层层高为4.2m时，肢长可为900mm。

5. 短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱

（1）在现代高层住宅的地下室和下部几层，由于停车和商业用房需较大空间，就得通过转换层来实现。在短肢剪力墙结构中，一般都只将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙框支。

（2）“框支剪力墙结构当转换层位置较高时，转换层附近层间位移角及内力分布急剧突变，内力的传递仅靠转换层一层楼板的间接传力途径很难实现；转换层下部的'框支'结构易于开裂和屈服，转换层上部几层墙体易于破坏。这种结构体系不利于抗震。高烈度区（9度及9度以上）不应采用；8度区可以采用，但应限制转换层设置高度，可考虑不宜超过3层；7度区可适当放宽限制。”因此，建议在6度抗震设防区，短肢剪力墙结构中转换层设置高度不宜超过5层，避免高位转换。转换层上下的层刚度比γ宜接近1，不宜超过2。转换层位置较高时，宜同时控制转换层下部“框支”结构的等效刚度（即考虑弯曲剪切和轴向变形的综合刚度），使EgJg与EcJc接近。EgJg为剪力墙结构的等效刚度，剪力墙结构高度取框支层的总高度，其平面和层高与转换层上部的剪力墙结构相同；EcJc为转换层下部“框支”结构的等效刚度。研究表明[5]，“控制转换层下部'框支'结构的等效刚度对于减少转换层附近的层间位移角和内力突变是十分必要的，效果也很显著。”

（3）规范对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱。框支剪力墙结构当转换层位置较高时，如何定义框支柱，涉及到安全与经济的问题。根据圣维南原理，局部处理的影响只限于局部范围，所以当转换层位置较高（如高位转换）时，除转换层附近楼层的内力较复杂外，下面的结构受到的影响很小，应与普通框架结构基本一样，不必按框支柱处理。文献[6]计算了两个28层的结构，一为内筒外框架结构，一为内筒外框支结构，转换层设在18层。计算结果表明，转换层下二层的内力影响很大，下三层的内力误差最大为15%，下五层的内力已比较接近（最大误差小于10%），下八层的内力已基本一样（最大误差小于5%）。这说明框支柱只需在五层范围内加以考虑，其它层的柱子按普通框架柱处理即可。因此，建议当转换层位置不超过五层时，转换层下的各层柱均按框支柱处理；当转换层位置超过五层时，转换层下相邻的五层柱按框支柱处理，而其它层的柱按普通框架柱处理。由于高位转换对抗震不利，所以结构设计中应尽量避免高位转换。

6. 短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计

建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在短肢剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。例如，短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度（宜取250mm，对底部外围的小墙肢根据需要可取用300mm），加强墙肢端部的暗柱配筋，严格控制墙肢截面的轴压比不超过0.6，以提高墙肢的承载力和延性；高层结构中连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏；短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形墙肢；短肢剪力墙底部加强部位的配筋应符合规范要求等。

异形柱结构设计分析论文 篇4

1.案例分析

某段高铁车站无柱雨棚总面积为33780mz、其主体结构以三角形钢管桁架为主，其中横向间距为26.26m、纵向间距为26m;总双肢钢管为46榀、选用C40号混凝土予以浇注;29.76m高度钢柱7榀、23.76m高度钢柱39榀;各榀钢柱均由2段钢管焊接，其钢管型号为φ632×15。该无柱雨棚由于长时间运作，其钢结构出现严重腐蚀的状况，对高铁车站美观度造成严重影响。

2.高铁车站无柱雨棚

2.1钢结构腐蚀现状

依据实际高铁车站无柱雨棚建设情况来看，其结构分为顶部横梁、顶部露天与站台立柱等组成部位，其各位置的腐蚀情况如下：立柱常见粉化、剥落与污染严重问题，甚至在某些情况下存在锈蚀的状况，结合涂层厚度判断，关于立柱涂层需超过1000Ixm，否则将会在暴晒或雨淋的环境下，出现涂层龟裂与剥落现象;相对立柱而言，雨棚顶部位置粉化、剥落问题尤为严重，其主要集中于朝阳侧，产生该种现象的原因在于：涂层耐候性相对较差，对此，若钢结构处于常年日晒的情况下，可增加涂层防腐性能与耐候性;顶部横梁出现腐蚀现象，常以单一个体梁柱、特殊部位呈现，由涂层抗腐蚀性差、涂层厚度不足、涂抹不均匀等原因所导致。

2.2钢结构腐蚀特点

钢结构表面涂层处理工作不合理，致使部分漆膜存在鼓起的状况，经过风化作用，使其与钢结构脱离，导致钢结构表面保护层缺失，引发锈蚀问题;针对日晒、雨淋时间长无柱雨棚位置，其涂层保护作用会随着时间的推移而出现龟裂、分化或失效的情况，其不仅影响高铁车站整体美观度，还会缩减钢结构使用年限;柳钉、螺栓与连接物豁缝问题;表面重叠，如水槽顶板;角铁位置错综复杂;板材切割过于粗劣。

2.3腐蚀成因

我气候条件以温带季风气候、亚热带季风气候为主，促使气候因素变化趋势过于复杂，从而在湿度、日照、降水量、降尘等因素的作用下，使得高铁车站频繁出现腐蚀现象。国内现行《大气环境腐蚀性分类》以普通碳素钢为核心，对其服饰类型、腐蚀物质、湿度问题予以详细规定，从而为钢结构腐蚀研究工作提供数据支持。现阶段，关于高铁车站无柱雨棚钢结构腐蚀类型分为工业大气、海洋大气，尤其在沿海城市，无柱雨棚表面腐蚀现象尤为显著。

3.高铁车站无柱雨棚钢结构防腐处理

3.1防腐体系制定

针对高铁车站无柱雨棚钢结构腐蚀问题，主要通过涂料防护的方式，实现钢结构防腐处理工作。对此，在进行防腐体系制定中，应充分结合施工环境、环保理念，确保体系实用性、便捷性、适用性与显著性特点。针对此，在进行涂料类型选择中需具备以下特点：首先，面漆应遵循无毒无害原则，同时具有物化性和耐酸碱性、耐盐性与抗光照性优势;其次，中间漆选择需具备较强的抗锈屏障性能;最后，底漆。底漆作用于钢结构低表面、锈层轻微和潮湿的部位，对此，该部位涂料应具有干燥快和附着力强的特点。现阶段，防腐涂料产品以单组分(XJL-900底漆)、双组分(XJL-900面漆)为主，其中XJL-900底漆属于新型防腐处理涂料，XJL-900面漆作为纳米级涂料，主要利用ASA乳液、多异氰酸酯共同制作而成。总之，无柱雨棚钢结构全套防腐体系的实施，可有效提升钢结构使用年限。

3.2钢结构腐蚀修补

钢结构漆膜弊病、损伤部位的腐蚀问题，可在不影响高铁车站正常运作的前提下，采用漆膜修补的方式，提高钢结构防腐性能。第一，损伤部位修补。在钢结构底漆完好的情况下，利用砂纸对其表面实施除尘工作，再利用相同面漆涂抹的方式，确保钢结构漆膜厚度达到规定标准。第二，漆膜弊病修补。钢结构涂层阶段，若因施工方法、施工环境等因素考虑不周，均会出现漆膜弊病，如气泡和起皱、针孔与流挂。针对此，为了有效保障钢结构施工年限与性能，则必须采用漆膜修补的方式，对其进行严格处理，在此期间，应利用纸砂皮对钢结构表层实施打磨，待表层尘埃清除干净后，结合XJL-900面漆的使用，对其实施修补。

3.3涂料质量

若要对钢结构防腐问题进行规范化控制，则应从涂料供应、施工与质量控制多重角度实施考究，提高涂料整体质量。涂料供应：建筑单位应和供应商制定采购合同，并由供应商委派技术人员，深入钢结构防腐现场，从其表面处理直至涂装结束，各个流程均需采用严格化监督的方式，预防涂装现场出现偷工减料的状况，以此从根本上保障钢结构涂装质量。涂料施工：总承包商和涂装单位建立合作关系，通过涂料损耗协议的签订，对涂料损耗量进行合理控制，以此实现涂料节约的.目的。涂料质量：对钢结构表层处理效果进行验收，如未达到规定标准，则无法开展涂装工作;严格验收涂装流程，避免出现返工、重新涂装的状况;对漆膜外观与厚度进行详细检测，并由项目主管人员做好记录。

3.4涂装质量

高铁车站无柱雨棚钢结构涂装工作的开展，应将其侧重点集中于材料复验、漆膜外观和涂装方式、附着力与漏点测定等环节。其一，材料复验。涂料进场后，依据生产批次、使用流程完成材料复验工作，即主要对涂料关键性能进行检测。其二，漆膜外观。以涂装人员肉眼的角度，对钢结构表面漆膜气泡和脱落、针孔与裂纹、漏涂以及流挂问题进行观察，若存在上述问题，则应及时采用修补、补涂的方式，对漆膜弊病进行严格控制。其三，涂装方式。确保钢结构表层平整性，同时对底材锐角进行打磨，其打磨弧度为2mm;抛丸、喷砂前，应对钢结构表层污染物(毛刺、氧化皮、水分和灰尘、焊渣、铁锈与盐分、油污)予以彻底清除;依据cB/T8923―88平衡标准，保障钢结构表面清洁等级达到sa2.5级;结合目测法的运用，对钢结构表层氧化皮和油脂、铁锈与污垢清理质量进行观测;钢结构喷砂后需对其粗糙度进行确定，一般为40um至70um，利用触针式粗糙度测定仪对其粗糙度进行精准化测量。其四，附着力与漏点测定。选择划格法完成钢结构涂装附着力检测工作，其合格标准需为一级，即剥离威胁面积在5%以下;采用湿海绵针检测仪，对涂层漏点予以测量，如出现针孔问题，则应及时选用涂料修补的方式，保障高铁车站无柱雨棚钢结构防腐质量。

4.结语

高压注水井油管柱设计研究 篇5

高压注水井油管柱设计研究

针对注水管柱设计不好可能导致管柱断裂问题,对高压注水管柱作业过程进行了受力分析,给出了轴向拉力、外挤压力和内压力计算公式与注水管柱设计方法.提出在设计注水管柱时,下部管柱钢级和壁厚的初选可用抗挤和抗外压两种方案,然后从两套方案中选取高钢级方案.上部管柱钢级和壁厚按抗拉强度确定.

作 者：王金龙 WANG Jin-long  作者单位：潍坊学院,机电工程学院,山东,潍坊,261061 刊 名：榆林学院学报 英文刊名：JOURNAL OF YULIN COLLEGE 年，卷(期)： 17(4) 分类号：N945.23 关键词：注水管柱   受力分析   设计  

异形柱结构设计分析论文 篇6

关键词：异形柱,结构设计,问题的分析

1前言

在异形柱结构设计中, 规范要求应优先采用能准确反映异形柱结构各构件实际受力状况、基空间工作的计算程序进行内力与位移分析。中国建筑科学研究院的TAT、SATWE结构设计软件是应用比较成熟, 又满足以上要求的适用程序, 可以很好地进行建模和计算分析。但是, 目前版本的计算程序都远没有充分考虑异形柱结构的众多构造要求在程序中的具体实现。所以, 这就要求设计人员需要进行很多构造措施的条件校核和配筋调整。设计中不进行认真、全面的手工比照和手工调整, 往往容易产生错漏。

2异形柱结构设计的几个问题

2.1 异形柱轴压比的控制

异形柱在单调荷载, 特别在低周反复荷载作用下, 粘结破坏较矩形柱严重, 延性比普通矩形柱差, 因此, 异形柱的轴压比限值比矩形柱严格得多。《规程》根据截面类型、箍筋间距与纵筋直径比s/d、箍筋直径d和抗震等级确定, 在0.3～0.7之间波动, 比矩形柱结构的柱轴压比限值低很多。所以, 在程序试算后, 应按上述条件初步确定出各柱的轴压比具体限值, 并在配筋简图中仔细查看各层柱的计算轴压比是否有超限的。因为此时异形柱的实配纵筋和箍筋还是未知的, PKPM程序无法判断每个柱的轴压比具体限值, 只有在轴压比超过矩形柱结构的轴压比限值时, 程序才会报告轴压比超限。因此, 异形柱的轴压比超限, 必须逐一手工核算。

2.2 异形柱结构框架梁柱配筋率的控制

为了保证异形柱有更高的安全度, 节点有更好的延性和粘结强度, 同时也减小节点钢筋配置的困难, 异形柱结构的框架柱全部纵向受力钢筋 (不包括纵向构造钢筋) 的最大总配筋率为3%, 普通矩形柱结构的框架柱最大总配筋率却为5%;异形柱结构的框架柱全部纵向受力钢筋最小总配筋率的要求见表1, 异形柱结构的框架柱各肢端受力纵筋配筋率不应小于0.2%。

为保证梁支座有足够的延性和防止梁纵筋在节点区的锚固长度不够, 设计时不应考虑纵向钢筋的受压作用, 故应按单筋梁z≤0.35h。的条件来确定异形柱结构的框架梁纵向受拉钢筋的最大配筋率Pmm, 具体限值见表2。

由表2中数据可以看出, 异形柱结构的框架梁纵向受拉钢筋最大配筋率限值, 比矩形柱结构抗震设计时的限值要小得多。程序自动生成的梁柱配筋图, 是以普通矩形框架的配筋率为基础的, 所以, 异形柱结构这些不同的配筋率要求在程序中都没有专门考虑, 这就需要设计人员在出图前一一进行仔细核对, 并逐一把不符合要求的实际配筋量改正过来, 不要想当然的以为软件对异形柱结构的什么构造措施都能体现出来。

2.3 异形柱结构框架梁纵筋直径的控制

异形柱的肢厚都很小, 往往同框架梁的宽度一样宽, 所以, 它对梁纵筋的锚固能力比普通矩形柱差。因此, 异形柱结构框架梁贯通中柱的纵向钢筋直径要求不应大于该纵筋方向柱肢高的1/30, 且不宜大于22 mm、不应大于25 mm;而普通矩形柱框架的要求仅为1/20。应用TAT、SATWE程序进行异形柱设计时, 程序自动配筋时没有针对异形柱结构的这个特殊情况进行专门处理, 所以, 程序自动生成的配筋图需要设计人员对梁纵筋的直径逐一进行复核, 把实配钢筋直径大于该纵筋方向柱肢高的1/30的统统等量代换成符合构造要求的细钢筋。比如, 支承在肢高为500 mm的异形柱上的框架梁, 其受拉纵筋的直径d应小于500/30=16.7 mm, 即不应选用18 mm及以上的钢筋;程序自动生成的钢筋如果选用的是18 mm及以上的钢筋, 则需要手工调整成16 mm的钢筋。如果实配钢筋由一排变成了双排, 还应该进行配筋量的相应换算。

2.4 异形柱结构框架梁双排筋配筋量调整

根据SATWE和TAT软件的《用户手册及技术条件》的“构件设计技术条件”的、“梁设计”节中关于混凝土截面有效高度h0的取值规定可知, 当配筋率大于1.0%时, h0才按双排筋取值。对于多数情况的梁, 基本都会符合实际情况, 但是在框架梁宽为200 mm的异形柱结构中, 实配为双排筋的框架梁其配筋率基本上都小于1.0%, 那么, 其计算配筋量就是按单排筋的h0算出的, 程序没有按单排筋改双排筋进行换算, 这样, 实际配筋量就偏于不安全。不少人都没有注意到程序的这个隐含的技术条件, 容易出现配筋不足的情况。为方便解决这个问题, 笔者专门对单排筋改双排筋应乘的放大系数进行了细化和核算, 并列于表3供大家参考。

表中有阴影斜线的放大系数, 仅适用于按单排筋手算配筋时用, 因为该部分的配筋率已经大于1%, PKPM程序配筋时已按双排计算了。从表3中的计算结果可以看出, 框架梁截面高度越小, 配筋由单排调成双排时应增加的钢筋的百分比就越大, 并都大于5%的允许误差, 故应引起设计人员重视, 必须进行这项调校工作。

3异形柱结构独立基础的偏心计算

异形柱建模和画图都是以柱肢轴线的交点为定位标准的, 如果采用柱下独立基础, 则需要以柱的形心为基础的中心。特别是采用桩基础时, 需要用到异形柱形心偏离柱肢轴线的具体尺寸, 笔者把肢厚为200 mm, 肢高在400 mm～600 mm的偏心数据计算出并列于表4中, 方便设计人员查用。

表4中的参数x, Y, ex具体含义详见图1。

4结语

随着PKPM计算程序功能的不断增强, 以上构造措施的一部分可以在软件中加以实现, 但是, 还是会有不少构造措施不能完全由程序去自动判断, 仍然需要设计人员去细心对照和落实。所以, 设计人员不仅要搞清楚规范条文的具体数值规定和缘由, 更要重视这些规定在设计图纸中的具体落实, 特别是以上这些对异形柱结构的延性和整体抗震性能影响很大的控制内容。

参考文献

[1]DB29-16-2003, 钢筋混凝土异形柱结构技术规程[S].

[2]用户手册及技术条件[R].中国建筑科学研究院CAD工程部.

探讨异形柱框条结构设计 篇7

【关键词】异形柱框架结构；矩形柱框架结构；Satwe；节点域

0.前言

随着社会生活普遍的提高，人们对房屋的空间设计也存在着不同程度的认知，而且在进行房屋空间设计时，也有着不同程度的改造，目前，由于我国的建筑行业在设计技术中还存在着许多局限性，还是按照传统的设计方式对其房屋进行设计修建，但是这样的设计方案随着时代的变迁，人们对这样的结构体系也出现比较强烈的反感，尤其是普遍的框架结构出现的露梁露柱、空间结构不合理等现象，都对人们的住房生活产生一定的影响。因此，人们在对住房的选择时，就会导致大量改造现象出现。但是，有许多的改造都是不合理的，这些改造会降低建筑物的使用寿命，所以人们在对此对出了详细的严重，从而出现了异形柱框条结构的设计。

1.异形柱结构的设计与应用

1.1异形柱及异形柱结构的定义

《混凝土异形柱结构技术规程》对异形柱的定义是：截面几何形状为l形、t形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比（柱肢截面高度与厚度的比值）不大于4的柱。l形截面柱多用于墙的转角部位，t形和十字形截面柱多用于纵横墙交接处。

所谓异形柱框轻结构即是由异形（t型、l型、十字型）柱组成框架，由轻质填充墙所形成的结构。根据建筑布置及结构受力的需要，异形柱结构中的框架柱，可全部采用异形柱，也可部分采用一般框架柱。

1.2异形柱框架结构与矩形柱框架结构在设计中的差异

对于相同烈度和结构类型的两种体系而言，异形柱结构适用的房屋最大高度有较大幅度的降低。异形柱框架结构和矩形框架结构他们是两种不同的结构设计，因此也存在着许多的不同点，在对于结构类型方面，异形柱结构的房屋适用的房屋最大高度有较大幅度的降低；而对于对于相同结构类型的两种体系而言，异形柱结构弹性层间位移角限值、弹塑性层闻位移角限值更加严格一些。

在钢筋混凝土房屋的结构类型的抗震等级中，我们可以了解到异形柱的结构框架有这样强力的稳定性，在遇到强力的外力时，建筑物的内部结构不会轻易的就被破坏，而且在确定抗震等级是异形柱的确定方法比矩形柱要更加严格一些。在抗震设计时，扭转不规则的异形柱结构，楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与该楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的比值不应大于1.45；而矩形柱框架结构的该比值为1.50。

异形柱结构的地震作用计算，一般情况下，应允许在结构两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担，7度（0.15g）及8度，（0.20g）时尚应对与主轴成方向进行补充验算。

1.3异形柱框架结构在satwe中的设计与应用

有效地进行异形柱的结构分析对钢筋混凝土的结构设计有着很大的帮助，而satwe软件的应用很好的提高了结构设计的效率。我们在对梁的刚度、荷载以及截面配筋设计是，satwe软件充分的发挥了它的作用，有效地帮助了人们在结构设计中建筑物的特殊性的掌握，而且由于钢筋混凝土的异形柱的柱肢比较长，在建筑物种有着许多节点都出现重复的现象，这样严重了影响了设计的规划。因此要想解决这些问题satwe软件中对梁考虑了这样的力学模型简化：

（1）梁的计算按扣除刚域后的梁长计算。

（2）梁上的外荷载按梁两端节点间长度计算。

（3）截面设计按扣除刚域后的梁长计算。

（4）梁端刚域的计算原则。

1.4异形柱结构构造的设计心得

（1）根据有关规定，在进行异形柱的截面抗震设计中，截面的不能小于400慢慢，而且当贯彻节点的柱纵向钢筋粘接退化与滑移加剧的时候，这些节点的非弹性变形也会加大，这对建筑物的内部结构有着一定的影响，因此在进行异形柱的结构设计中，为了避免这类现象的发生，提高梁的高度是必须的。

（2）根据有关规定，异形柱结构框架设计存在着严格的规划，对于肢高和肢厚都有着不同程度的要求，这主要是因为当肢厚较小时，会造成梁柱节点核心区的钢筋与混凝土之间的粘结强度不够，因此提高肢厚可以保证结构的安全及施工的方便。而对肢高的现在也为了满足伸入柱内的梁纵向的钢筋锚长度。

（3）根据有关规定，抗震设计时，对二、三级抗震等级，贯穿中柱的梁纵向钢筋直径不宜大于该方向柱肢截面高度hc的1/30，当混凝土的强度等级为c40及以上时可取1/25，且纵向钢筋直径不应大干25mm.矩形柱框架的框架梁纵向钢筋伸入节点后，其相对保护层一般能满足，而异形柱的c/d大部分仅为2.0左右，根据变形钢筋粘结锚固强度公式分析对比可知，后者的粘结能力约为前者的0.7.为此，规定抗震设计时，梁纵向钢筋直径不宜大于该方向柱截面高度的1/30.由于粘结锚固强度随混凝土强度的提高而提高，当采用混凝土强度等级在c40以上时，可放宽到1/25。

（4）异形柱全部纵向受力钢筋的配筋率，抗震设计时不应大于3%。这是因为异形柱肢厚有限，柱中纵向受力钢筋的粘结强度较差，故将纵向受力钢筋的总配筋率由对矩形柱不大于5%降为不应大于3%，以减少粘结破坏和节点处钢筋设置的困难。

2.工程算例

2.1工程概况

某多层异形柱框架结构，共6层。地震烈度为7度（设计基本地震加速度为0.15g），框架抗震等级为三级。

2.2设计心得

2.2.1在设计该结构时，最初将混凝土强度等级定为c30，但是计算得到的异形柱轴压比超过规范规定限制，同时梁端纵向受拉钢筋最大配筋百分率超过根据有关表6.3.5的要求。虽然对楼板而言，采用c30混凝土是可以的，但考虑到梁板柱的施工问题，同时为满足异形柱轴压比以及梁端纵向受拉钢筋最大配筋百分率的要求，最终将梁板柱的混凝土强度等级全部改为c40。不过考虑到混凝土强度等级较高时楼板易开裂的问题，在楼板设计中采取必要的抗裂措施。

2.2.2从中可以看出，有z形、w形柱，这里介绍一下这两种柱的处理方法。

（1）z形柱，是由两个l形柱组成的。在pmcad输入时按两个l形柱来输入并进行内力及配筋计算。因为z形柱受力较大时易在中间肢劈开，劈开后（极限状态）其受力接近于两个l形柱，按两个l形柱处理较为合理。此时两个l形柱间的梁会困刚度太大而超筋，因为实际上无此梁，只是有限元计算时两柱问有联系必须有此梁，故不必管。

（2）w形柱，计算及配筋时是按t形柱考虑的。只是由于建筑布置的要求，此处垂直搭接至t形翼缘上的梁的梁端钢筋锚固长度，由于翼缘厚度只有200mm，不能满足要求。故在此处增加一部分混凝土，该部分按构造配筋，就是为了解决梁端钢筋锚固长度的问题。

3.结束语

异形柱结构设计分析论文 篇8

1.1.1《柱、锥、台、球的结构特征》

自主探究

预习课本P2-P6，回答下面问题：

问题1：什么叫多面体?

问题2：什么叫棱柱?棱柱的结构特征是什么?怎样分类?记法是什么?

问题3: 什么叫棱锥?棱锥的结构特征是什么?怎样分类?记法?

问题4：什么叫棱台?棱台的结构特征是什么?怎样分类?记法?

第 1 页 共 4 页

智慧改变命运 勤奋创造奇迹

问题5：圆柱的概念是什么?结构特征是什么?

问题6：什么叫圆锥?圆锥的结构特征是什么?

问题7：什么叫圆台?圆台的结构特征是什么?

问题8：球的大学网概念以及结构特征是什么?

第 2 页 共 4 页

合作探究

例1：一个多边形沿着某个方向平移，一定可以形成 ( )

A.棱锥 B.棱柱 C.棱台 D.圆柱

例2：绕直角三角形的一边所在直线旋转一周，形成的几何体是 ( )

A.圆锥 B.圆台 C.两个圆锥的组合体 D.不能确定

例3：棱柱的性质是：(1)两个底面是全等的多边形;(2)多边形的对应边互相平行;(3)棱柱的侧面都是平行四边形. 反过来，若一个几何体，具备上面三条性质，能构成棱柱吗? 或者说，上面三条性质能作为棱柱的.定义吗?

例4：下列命题中正确的是( )

①在圆柱的上、下底面的圆周上各取一点，则这两点的连线是圆柱的母线;②圆锥顶点与底面圆周上任意一点的连线是圆锥的母线;③在圆台的上、下底面的圆周上各取一点，则这两点的连线是圆台的母线;④圆柱的任意两条母线所在的直线是互相平行的.

A.①② B.②③ C.①③ D.②④

第 3 页 共 4 页

智慧改变命运 勤奋创造奇迹

(自助餐)例5：如图，在正三棱柱ABC-A1B1C1中，AB=3，AA1=4，

M为AA1的中点，P是BC上一点(与B、C点不重合)，且点P沿棱

柱侧面经过棱CC1到M

，设这条最短路线与

CC1的交点为N，求P点的位置.

课堂练习：课本P8―习题A组1、2

反思与总结：

异形柱结构设计分析论文 篇9

摘要：改革开放以来，人们的物质生活水平不断提高，对住宅的要求也越来越高，住宅不仅仅是传统意义上的居住场所，更要具备现代意义上的美感，还要融入高科技元素。在这种需求下，异形柱框架结构的理念产生了，并且广泛地应用在了民用住宅设计中。本文主要通过对异形柱概念的分析以及对异形柱框架结构和矩形结构在民用住宅设计中的差异等问题的阐释，进而探讨了对异形柱框架结构设计的构造，并且总结出了异形柱框架结构在民用住宅设计中应该注意的问题，希望为有关人士提供借鉴。

关键词：异形柱框架结构；民用住宅；设计；应用

时代的发展使得人们对住宅有了更高的要求，尤其是在框架结构方面，因为传统的住宅框架结构严重阻碍了居民对室内空间的随意规划，传统的住宅框架结构一旦形成，要想再进行规划，几乎就要对整个住宅进行重新的建筑设计，这样就要花费大量的时间和精力，在这种情况下，异形框架结构的理念就出现了。接下来，笔者就对异形柱框架在民用住宅设计中的应用的相关问题做具体的分析。

1、异形柱的概念

异形柱和普通的矩形柱最大的不同在于柱截面，异形柱的柱截面主要是利用很多个的小墙肢构成的，它是从剪刀墙演化来的。但是要注意，柱肢截面中各个肢的高和厚之比要小于等于4，截面柱主要的形状主要有L形、T形、十字形以及Z字形。这几种形状用于不同的部位，比如L形主要用在转角的地方，T形和十字形主要用于纵横墙交接的地方。对柱肢的宽度也有一定的要求，通常情况下是和填充墙体的厚度是一样的，一般是200mm至250mm左右，通常情况下，都不超过300mm，但是柱肢长就要长一些，通常为600mm至800mm之间。

2、异形柱框架结构和矩形框架结构在民用住宅设计中的不同之处

上文中，我们对异形柱的概念和主要的特点都有所了解了，那么异形柱框架结构和矩形框架结构在民用住宅设计中具体有哪些不同呢？接下来，笔者就进行一一的介绍，主要有以下几点不同：

2.1异形柱框架结构，因为形状的特殊性，主要用在高度幅度要有很大降低的住宅建筑中，这也可以直接的说明，为什么应用异形柱框架结构的住宅建筑能够方便用户对室内空间进行规划。

2.2异形柱框架结构因其对弹性有着高要求，所以它的位移角度的最大值要比矩形框架结构的要求要严格，因为矩形框架结构本身的稳固性就强，因此它对位移角度的最大值要求不是很严格。

2.3异形柱框架结构对住宅的烈度、高度、抗震等级的确定方法等都有严格的要求，尤其是对钢筋混凝土住宅的要求更高。

3、异形柱受力性能特点及轴压比控制

上文中，笔者主要介绍了异形柱框架结构和矩形框架结构在民用住宅设计中的不同之处，异形柱框架结构与矩形框架结构之所以会有这么大的不同，主要是由于异形柱受力性能的特点和轴压比的控制导致的，接下来，笔者就对异形柱受力性能特点和轴压比控制问题进行阐释。

3.1在现代的民用住宅设计中，异形柱框架结构设计比传统的框架结构设计更加复杂，因此，为了保证建筑工程的质量，必须要科学合理的控制异形柱受力性能特点及轴压比，在异形柱受力性能特点及轴压比控制时，对于建筑结构中的偏压构件，其受压区域总是矩形区域。而建筑结构中异形柱的受压区域较为复杂，其受压区域呈多样性，因此，如果不对其进行严格控制，就很容易对整个截面以及构件产生影响。

3.2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，在受力状态下各肢将产生翘曲正应力和剪應力，剪应力使柱肢砼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。

4、异形柱框架结构设计构造

上文中，笔者主要向我们具体的阐释了异形柱的概念、异形柱框架结构和矩形框架结构在民用住宅设计中的不同之处以及异形柱受力性能特点及轴压比控制，接下来笔者主要从框架柱、框架节点、柱与填充墙的连接等异形柱框架结构设计构造的相关问题做相应的概述。

4.1框架柱

4.1.1柱纵筋与箍筋设置形式有“ L”、“T”、“十”及双排布置等形式。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，且不小于14mm。纵筋间距大于250mm时，应设置纵向构造筋，其直径可采用12mm，并设拉筋，拉筋间距为箍筋间距的两倍。

4.1.2柱截面厚度小于200mm时，纵向受力钢筋每排不应多于2根；肢厚在200—250mm时，每排钢筋不应多于3根，必要时可分二排设置，二排钢筋之间的净距不应小于50mm。

4.1.3框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率：抗震等级为2级时，中柱、边柱不应小于0.7%，角柱不应小于0.9%；抗震等级为3级时，中柱、边柱不应小于0.6%，角柱不应小于0.8%。框架柱中全部纵向钢筋的配筋率，抗震设计时，对2、3级钢筋不宜大于3%。

4.1.4框架柱应采用复合箍，严禁采用具有内折角的箍筋，箍筋必须做成封闭式。箍筋末端做成不小于135°的弯钩，弯钩端头直段长度不应小于10d（d为箍筋直径）。

4.2框架节点

4.2.1框架梁的截面宽度与异形柱的肢宽相等或梁截面宽度每侧凸出柱边小于50mm时，在梁四角上的纵向受力钢筋应在离柱边大于800mm处，且满足小于l/25坡度的条件下向柱筋内侧弯折伸入框架节点内。

4.2.2当框架梁的截面宽度的任一侧凸出柱边大于等于50mm时，则该侧梁角上的纵向受力钢筋可在本肢柱筋外侧伸入梁柱节点内。

4.3柱与填充墙的连接

4.3.1异形柱框架结构的填充墙应采用轻质墙体材料，并必须与框架可靠地连接。当采用砌体填充墙时，在框架与填充墙的交接处，沿高度每隔500mm或砌体皮数的适当倍数，用钢筋与柱拉接，钢筋由柱的每边伸出。

4.3.2填充墙长度大于5m时，墙顶部与梁宜有拉结措施；填充墙高度超过4m时，宜在墙高中部设置与柱连接的通长钢筋砼水平墙梁。

5、异形柱框架结构在设计时应该注意的问题

上文中，笔者向我们介绍了很多关于异形柱框架结构的问题，我们对异形柱结构在民用住宅设计中的应用有了初步的了解，但是异形柱框架结构在民用住宅设计中，还需要注意很多的问题，需要注意的问题主要有以下几点：

5.1由于异形柱的柱肢较长，梁柱重叠部分较大，因此在电算时需点取“梁柱重叠部分作为刚域”选项进行计算；建议采用双向偏心受压、双向偏心受拉、正截面承载力计算。

5.2在一般的矩形柱的多层框架结构中侧移多不起控制作用，而对于异形柱框架结构，由于侧向刚度较小，有时侧移会超过规范允许值。

5.3因为异形柱荷载方向角具有任意性，所以在异形柱内折角处应设置同样直径的受力筋。

6、结语

综上所述，我们了解了异形柱框架结构在民用住宅设计中有很大的应用，随着时代的发展，异形柱框架结构在民用住宅设计中会有更加广泛的应用。本文是笔者根据自己多年的异形柱框架结构在民用住宅设计的经验总结出来的，希望能够为有关单位提供借鉴，为我国异形柱框架结构在民用住宅设计的发展提供参考。

参考文献：

[1]廖雅娟，明铁. 浅谈异形柱框架的设计与构造[J].科技信息（科学教研）.2008（08）

[2]郑嘉. 对异形柱结构设计的几点认识[J].科技信息（科学教研）.2008（19）

异形柱框架设计要点 篇10

1 异形柱结构的特点

异形柱的截面需要根据建筑的实际情况来选取, 建筑物在设计初期就要对平面有一个大致的布置, 对异形柱的放置有一个初步的预定。要注意在设计过程中要避免与建筑产生矛盾、布置分布均匀、满足荷载和抗测力等。框架梁的轴线要和柱肢轴线相重合, 这样才能使连接的梁放置在隔墙的竖向平面内, 可以避免框架产生附加扭转应力。

对于住宅建筑的异形柱框架有一定的要求, 一般高度以600mm以下为宜, 跨度在5.0~6.0m之间。因为如果框架梁过高, 会影响使用, 跨度太大, 又容易导致施工困难。异形柱的截面样式很多, 规格尺寸也不一样, 在选取的时候就要求综合考虑。如果选择模板的种类和规格越大, 经济效益就越不好。单从设计方面看, L形和T形的截面柱, 都有一个交点, 称为剪力中心, 框架梁可以顺着顺柱肢方向布置, 在框架受力的时候, 通过剪刀中心作用, 构件只产生弯曲而不产生扭转。十字形的截面柱因为钢筋交叉太密, 施工困难, 所以应用较少[2]。

2 异形柱结构的设计与应用

2.1 异形柱和异形柱框架结构的定义

异形柱 (speciallyshapedcolumn) 是异形截面柱的简称。异形截面则是指异形柱截面的几何形状。传统的柱截面是矩形截面, 如今为了满足一切特殊的建筑需求, 异形柱才逐渐兴起。我们目前常用的异形柱的截面主要有L形、T形和十字形, 截面各肢的肢高肢厚比不大于4。在建筑中的一些转角部位, 通常采用L形异形柱, 纵横墙的交接处主要采用T形和十字形。

异形柱框架结构则是指由异形柱组成框架, 然后再用填充物进行填充。根据建筑物的实际需要, 可全部采用框架柱, 也可以部分使用。

2.2 异形柱和矩形柱在框架结构设计中的差异

在现代的建筑工程中, 异形柱框架结构和矩形柱框架结构具有很大的差异, 主要总结为以下三点:第一, 在高度比较高, 高低跨度比较大的房屋建筑中, 一般采用异形柱框架结构。第二, 相对于矩形柱框架架构而言, 异形柱框架结构弹性层间的位移角最大限度的要求显得更加严格。第三, 异形柱的缺点就是抗震较差, 所以在设计和施工的过程中都要考虑抗震问题。结构框架的房屋在设计和施工时要根据实际情况采用不同的抗震等级。异形柱框架结构则需要采用更加严格的抗震等级。

3 异形柱结构设计的问题探讨

3.1 注意基础设计的特殊性

我们都已经熟悉了普通框架结构的基础设计, 其实, 异形柱框架结构的基础设计非常相似, 但也有一定的特殊性。它们之间的相似性体现在都要注意基础形心与异型柱形心重合, 或者要注意与上部荷载的重心重合。这样可以有效的避免偏心受压。它们的不同, 也就是异形柱框架结构基础设计的特殊性则表现在以下两点:第一, 对于柱下独立承台或者独立基础, 单柱时需要先计算形心位置, 再把基础形心与柱的形心进行重合, 才能确定承台的形心位置, 以利于布桩;第二, 对于双柱或多柱承台时, 同样要先算出形心位置, 然后再算出荷载的重心作用位置, 荷载的重心作用位置可以通过各柱的柱底内力计算得出, 最终也是以荷载的重心确定承台的形心, 然后进行布桩。

3.2 考虑适当的抗扭转措施

现如今, 建筑工程的实际工程量相比理论有一定的差距, 随着建筑功能布置的不断发展更新, 多样化、新潮化的特点使得异型框架柱没办法实现实际所需的要求。比如像厨房、卫生间的朝向问题会使得某侧柱网布置较密, 如此很容易导致刚度中心的偏移, 进而结构难以对称, 由于偏向形成的扭转往往是异型框架体系中的主要矛盾之一。因此, 在设计当中, 应该采取一些抗扭转的措施, 以完善异型柱框架结构的设计要求。曾经有人做实验证明:在材料用量增加不多的前提下, 在恰当的位置添加人字型斜支撑结构, 可以显著提高异形柱框架结构的承载力和刚度。所以, 当刚度中心和承载中心不一致时, 在地震来临时, 结构就会产生不同程度的扭转, 如此, 可以使用以上所描述的斜支撑结构来提高异型柱框架结构的抗扭转性能。

3.3 加强对柱刚度的处理

在异形柱框架结构中, 经常会遇到错层和跃层, 无法满足强柱弱梁的概念设计要求, 因为局部梁柱线刚度比一般情况的梁柱线刚度比大很多。要想较好的改善这种现象, 就必须加强对柱刚度的处理。通常有以下3种方法:

1) 按照一般情况下, 多层次框架结构尽量纵横向刚接, 但梁与柱的连接处还是按铰接处理, 这样可以有效减少梁端弯矩对柱的不利影响。2) 为了提高柱的刚度可以适当加大错、跃层位置柱的截面尺寸, 不过这样有可能造成少量的短柱。3) 要保持柱肢纵筋的间距在200ram以内, 如果超过了要配置构造纵筋 (d≥14ram) 来增强柱肢的稳定性。

3.4 异形柱框架的防震

传统的结构抗震设计遵循的是小震不坏, 中震可修, 大震不倒的原则, 合理的设计异形柱的结构可以起到很好的抗震效果, 在历代人多年的的研究和建筑的不断发展, 人们基本掌握了结构抗震设计方法, 并能够达到预定的抗震设防目标, 只是, 在近年来历次城市大地震中土木工程结构损伤破坏带来的损失依然巨大, 使人们深刻认识到目前我们建筑的防震效果远远没有达到我们想要的要求。当今有效的抗震途径是给结构安装减震装置, 将一部分地震能量分配到减震装置, 从而使主体结构避免进入非弹性状态, 可以保护其在强震中不被破坏。对异形柱通过详细的分析计算来配筋, 合理利用其内力, 也对防震起着关键的作用。同时也要注重分析墙体的受压承载力。这些都有助于提高异形柱框架的防震性能。

由于传统的框架结构制约了人们的屋内空间规划, 所以已经无法满足人们对房屋的室内布局, 因为异形柱框架结构符合现代室内布置要求, 所以受到了建筑商和广大住户的青睐。通过对异形柱的相关特点的分析, 可以有效的掌握异形柱框架结构的设计要点。只有优秀的设计才能保障科学安全的施工。相信异形柱框架结构在将来一定会有更大的发展空间。

参考文献

[1]黄启云.探析异形柱框架结构的设计要点[J].现代装饰 (理论) , 2013.

试析建筑框架结构异形柱设计 篇11

1异形柱框架体系的特点

1.1布置灵活

采用异形柱框架结构进行建设的建筑中的墙壁通常不具备承重作用, 所以在对这类建筑进行设计及施工时可以将一些材质较为轻巧的材料作为其墙壁建设的原材料, 再加上这种结构异形柱所受的约束较小, 所以在对其进行布置时具有很强的灵活定, 不仅在空间行扩大的建筑的使用需要, 还在性能上为建筑用户提供更多的便利。

1.2质量轻刚度高

异形柱框架结构具有极强的稳定性, 在地震灾害发生时其会具有比矩形框架结构高出几倍的抗震性能, 这是由于其施工材料质地相对轻巧、结构及材料高度高等因素决定的, 在自然再好频发的今天, 这种抗灾性能较好的结构方式在很大程度上增强了建筑的安全性, 因此随着建筑行业发展, 这种结构在建筑工程中的应用范围越来越广。随着人们生活水平提高, 人们对建筑的舒适性和安全性追求越来越多, 这就为框架结构异形柱在建筑工程总的应用奠定了基础。

1.3性价比高

在建筑结构设计和具体施工中选用异形柱尽管使得工程使用的困难性有所增加, 但其在工程中得以运用能够有效降低工程的施工程度, 还能在很大程度上增大建筑的室内空间、延长建筑的使用寿命, 所以异形柱具有非常高的性价比, 能够促进建筑所获得的经济收益增加, 同时还能使建筑企业的信誉的得到提升, 使其树立起一个良好的企业形象。

建筑框架结构异形柱设计施工从投入使用至今已经有利很长时间的发展过程, 经过不断的实践和完善, 目前已经具备了完善的施工和设计条件, 同时还拥有了较为熟练的施工技巧, 能够达到人们对建筑安全指数和观赏性高的要求, 该结构在建筑设计中使用可以使建筑空间得以扩展, 同时提高建筑室内空间使用的灵活性。另外, 由于异形柱结构具备砖混结构所具有的所有优势特点, 因此异形柱可以替代砖混结构在建筑设计和施工中使用, 使在砖混结构建设中的一些问题得到避免和解决。

2异形柱框架结构的设计要点

2.1适用高度及高宽比、长细比、肢长等限制

2.1.1异形柱框架在7度抗震设防烈度区, 要求房屋高度≤35m, 高宽比不宜超过5;8度区房屋高度≤25m, 高宽比不宜超过4。

2.1.2柱净高与截面长边之比即长细比应≤8, 但不宜<4。根据砼结构规范.长细比<4即短柱, 短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏, 设计中应尽最避免出现短柱。长细比>8, 易引起附加偏心矩, 对轴压构件及小偏心受压构件承载力影响较大。

2.2异形柱框架结构设计构造

2.2.1柱纵筋与箍筋设置形式有“L”、“T”、“十”及双排布置等形式。在同一截面内, 纵向受力钢筋宜采用相同直径, 其直径应≥14mm, 且小于25mm:纵筋间距>250mm时, 应设置纵向构造筋, 其直径可采用12mm, 并设拉筋, 拉筋间距为箍筋间距的两倍。

2.2.2柱截面厚度<200mm时, 纵向受力钢筋每排不应多于2根;肢厚在200~250mm时, 每排钢筋不应多于3根, 必要时可分二排设置, 二排钢筋之间的净距不应<50mm。

2.2.3框架柱中全部纵向受力钢筋的配筋率:抗震等级为2级时, 中柱、边柱不应<0.7%, 角柱不应<0.9%;抗震等级为3级时, 中柱、边柱不应<0.6%, 角柱不应<0.8%。框架柱中全部纵向钢筋的配筋率, 抗震设计时, 对Ⅱ、Ⅲ级钢筋不宜>3%。

2.2.4框架柱应采用复合箍.严禁采用具有内折角的箍筋, 箍筋必须做成封闭式, 箍筋末端做成≥135°的弯钩, 弯钩端头直段长度不应<10d (d为箍筋直径) 。

2.3抗震等级对异性柱框架设计的影响

异形柱框架结构应根据结构类型、房屋高度及抗震设防烈度采用不同的抗震等级, 并应符合相应的计算和构造措施要求。根据规定:抗震设计防烈度为7度, 房屋高度<22m时, 为三级抗震.高度>22m时, 为二级抗震;抗震设防烈度为8度, 房屋高度≤25m时, 为二级抗震。有些地区的《规程》还规定了异形柱框架结构只适用于抗震设防烈度为7度及7度以下的地区且房屋高度不超过35m。

异形柱框架结构不同于砖混结构, 框架应当双向设置, 增加平衡性, 框架柱应该对齐, 同时拉通框架梁, 避免横向和纵向的框架梁相互支撑产生不利影响, 使得异形柱框架结构形成空间受力。这样做的另一个好处, 就是可以让建筑具有良好的整体性, 从而增加异形柱框架结构建筑的整体抗震性能。在地震作用下, 异形柱框架结构最大弹塑性层间位移通常发生在结构底部。常见的加强薄弱层的措施应在底层设置支撑、芯柱, 利用已有构件, 如适当加强底层楼梯的设计, 使其与框架有可靠的连接以产生支撑作用, 同时考虑到受力的复杂性, 可在设计时将基础与底层异形柱的连接部位改设为矩形柱, 有利于抗震。

2.4如何减轻扭转力对建筑的影响

在开展异形柱设计工作时人们需要对其结构在平面角度的对称性进行综合考量, 这样能够促使建筑的平面结构刚度的匀称性得到增强。在设计中设计人员需要对其机构的主轴记性统筹调整, 通过对其方向和位置进行调整防止由于平面设计不对称给建筑工程造成不良效果。因此, 若在施工过程中发现已经发生了不对称的情况就要重视通过评估来扭转其对结构受力造成的破坏, 提高结构的稳定性。

3结论

综上所述, 现代建筑建设过程中的框架异形柱设计及施工是一件非常复杂的工作, 在整个框架异形柱结构建设时相关工作人员需要对可能影响结构建设效果的各种元素都进行考量, 经过科学严格的设计之后才能投入到施工当中, 这样才能确保建筑的稳定性、抗震性、耐用性等性能得到增强, 同时合理设计和利用异形柱框架结构还能使建筑内部空间得到优化, 使建筑的各项性能得到更充分的发挥, 使我国的建筑行业设计及建设水平得到进一步提高, 推动我国经济和城市建设水平提高。

参考文献

[1]韦宗成.浅谈建筑工程中异形柱框架结构的设计[J].科学之友, 2011 (5) :67-68.

异形柱结构设计分析论文 篇12

【关键词】高层建筑；结构；承重柱；分析；对策

1、高层建筑结构承重柱的种类

一、钢与混凝土结构的互补性充分发挥了他的优势，它的主要类型如下：（1）箍筋约束混凝土柱。根据配筋构造形式的不同，可分为普通箍、井字箍、井字复合箍、复合螺旋箍、连续复合矩形箍柱。箍筋约束混凝土柱的受力机理是利用复合钢箍或螺旋钢箍约束核心混凝土受压时的横向应变，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高混凝土强度，增加延性。这种类型柱在设计使用时，柱截面需做成圆形，适用性和灵活性差；采用焊接钢箍时，焊接麻烦，用钢量大，同时，钢箍约束核心混凝土横向应变有限，柱承载力提高和延性能的改进也是有限的。（2）钢纤维混凝土柱。钢纤维混凝土是一种由水泥、粗细集料和随机分布的短纤维组合而成的复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的扩展，使其各项物理力学性能都比普通混凝土有明显的提高和改善。试验研究表明，随着钢纤维含量提高，混凝土极限压应变明显增大。在其他各项条件基本相同的情况下，掺入适量钢纤维能够明显提高构件的延性。（3）钢管混凝土柱。根据裁面形式不同，可分为方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱和多边形钢管混凝土柱。钢管混凝土是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的一种组合结构材料，它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互制约，使其具备了优异的工作性能：承载力高、塑性和韧性好、经济效果好。采用钢管混凝土结构替代钢结构柱，可节约钢材50%左右；若替代钢筋混凝土柱，则在用钢量大体相同的情况下可减小柱截面面积50%左右。相应节约大量混凝土。（4）钢骨混凝土柱。该类型柱是指在钢筋混凝土柱中配置钢骨，同时配有构造钢筋及少量受力钢筋。配置钢骨的形式可分为实

腹式和空腹式。不同形式的钢骨混凝土柱截面形式不同。钢骨混凝土柱不受最大配筋率限制，混凝土中配置较多的钢材，能有效地减少柱截面尺寸，满足建筑功能要求。同时，钢骨可以承担施工荷载，可作为施工荷载的承力系统。（5）分体柱。该类型柱是将钢筋混凝土短柱采用隔板将一个整截面柱分成2 个或4 个等截面小柱。各小柱独立配筋，梁柱节点仍为一个整体。试验研究表明，对钢筋混凝土短柱采用分体柱的方法可以实现变“短柱”为“长柱”的设想，框架柱破坏形态由剪切型转变为弯曲型，延性明显提高，但柱承载力略有下降，因此柱截面尺寸不仅没有减小，反而略有增大。（6）高强混凝土柱。高强混凝土是指混凝土强度等级为C50-C80 的混凝土。由于其抗压强度高，使钢筋混凝土柱的承载力大幅度增加，在相同的荷载下可减小构件的截面尺寸，增大使用空间，避免短柱出现。应用较高强度等级混凝土时，需考虑施工条件的可行性。

2、高层建筑结构承重柱的轴压比限值

（1）柱中轴压比是影响延性的主要因素之一，而影响混凝土柱延性的主要原因在于混凝土部分所分担的轴压力。确定一个合适的轴压比限值，以使混凝土柱的抗震延性得到满足，十分重要。同时轴压比是影响承重柱的破坏形态和变形能力的重要因素。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）为了保证钢筋混凝土柱具有足够的延性，对柱的轴压比限值做出了规定，希望框架发生大偏心受压破坏，保证框架柱在地震作用下发生大变形时具有较好的延性，从而保证框架结构有足够的变形能力。实现框架大震不倒的抗震设计目标。表1 是建筑抗震设计规范对钢筋混凝土柱轴压比的限值。

表1 钢筋混凝土柱轴压比的限值

抗震等级一级二级三级

框架柱0.70.80.9

框支柱0.60.70.8

对于箍筋约束混凝土柱，采用井字复合箍、复合螺旋箍、连续复合矩形箍钢筋混凝土柱，轴压比限值可增加0.10，但应保证最低配箍率的要求。

（2）高强混凝土柱材料的性能A、在材料的性能上，高强混凝土延性比普通混凝土延性差，在外荷作用下容易发生脆性破坏，但通过适当的配筋构造措施，用高强混凝土制作的构件延性同样可以满足设计要求，因此，其轴压比限值可不降低。B、钢纤维混凝土柱的性能。与普通混凝土类似，存在大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种破坏形态。当钢纤维掺入量在1%-2%范围内，钢纤维混凝土抗压强度提高幅度较小。参照钢筋混凝土框架柱轴压比限值理论分析，钢纤维混凝土柱轴压比限值可略有提高。C、钢管混凝土柱的性能。基于钢管混凝土压弯构件的水平力和位移恢复力特性的理论分析结果，钢管混凝土构件用于高层建筑中时，可采取限制长细比的办法，不必限定轴压比。D、钢骨混凝土柱的性能，相关研究根据钢骨混凝土柱正截面承载力和低周期反复水平力作用下的静力试验结果，从钢骨混凝土柱界限破坏时内力的平衡条件出发，推导出轴压比的理论计算公式，经简化后提出了实用计算公式。计算表明，钢骨混凝土柱的轴压比限值

一般比钢筋混凝土柱的轴压比限值高25%-50%。E、分体柱的性能。由于“短柱”变为“长柱”，实现了框架柱的破坏形态的转变，因此，其轴压比不应受到限制。

3、改善短柱抗震性能的对策

改进配筋构造型式，加强核心混凝土有效约束，如配置螺旋箍筋、复式箍筋、斜向交叉配筋等。（1）提高构件承载力，减小轴压比，如钢骨混凝土柱、钢管混凝土柱和高强混凝土柱等；（2）改进材料性能，提高混凝土变形能力，如钢纤维混凝土柱等；（3）采用分体柱，变短柱为长柱。

4、高层建筑结构承重柱的造型与合理化建议

（1）在工程实际应用中，经常选用的型钢、钢管、高强混凝土组合而成的复合柱、如型钢高强混凝土柱、钢管高强混凝土柱、双层钢管混凝土柱、充满型型钢混凝土柱等。

（2）承重柱选型时，应视柱轴力大小，根据施工技术和经济指标综合确定。选用箍筋约束混凝土柱、鋼纤维混凝土柱和分体柱能有效地改善承重柱的抗震性能；选用高强混凝土柱、钢管混凝土柱和钢骨混凝土柱是承重柱截面尺寸减肥的有效方法。

（3）不同类型的承重柱轴压比限值选定不宜过高，也不宜过低。如果轴压比限值过高，在高轴压比情况下，在水平荷载施加之前，柱已产生较大的预压应变，预压应变降低截面的塑性转动能力，使构件的延性变差。如果轴压比限值过低，柱截面尺寸过大，可能柱变为短柱，反而降低了构件的延性。因此，在满足构件有限延性的基础上，选定合适的轴压比限值，使构件能获得较大的水平抗力。

参考文献：1、高层建筑结构承重柱设计选型问题研究-罗文龙 - 《中国科技成果》，2006年 第7期