浅析混凝土建筑框架结构的设计

刘丹 秦建法

摘要：在现代建筑结构设计中，框架结构已经成为一种非常常见的结构形式，尤其在高层建筑中得到了广泛应用。目前国内一般的建筑框架结构设计研究相对较多，且设计技术也较为成熟，而对于异形柱框架结构的设计研究还相对较少。事实上，异形柱框架结构与其他建筑结构相比，各方面的要求都要更加严格，所以在具体设计时，设计人员要十分注意，以免影响建筑物的整体质量。本文就以异形框架结构为例，来详细探讨混凝土建筑的框架结构设计问题。本文首先介绍了异形柱框架结构的设计要点；其次概述了异形柱框架结构的计算方法，最后探讨了其计算要点，希望能够为我国建筑结构的发展提供借鉴。

关键词：异形柱框架结构；设计；要点

目前我国的建筑多为混凝土建筑，与普通的砌块建筑相比，混凝土建筑的 整體性更好，结构形态也更多。其中异形柱框架结构就是这样一种建筑结构形式。异形柱框架结构在设计时，尤其是要注意抗震等级的设计，不同的建筑物类型对抗震等级有不同的要求，建筑选择的结构不同，抗震等级的要求也不同，因此设计人员应该按照异形柱框架结构的各种参数，来确定抗震等级，必须保证建筑物的抗震等级符合要求，保证建筑的质量。

一、异形柱框架结构设计要点

异形柱框架结构是建筑物中经常使用的结构，这些结构具有一定的优势，但是如果在设计过程中，不注重细节，其劣势就会显现出来，影响建筑物的整体设计质量，因此一定要遵循相应的设计原则。

1、结构布置

异形柱框架结构不同于其他结构，在对其布置时需要遵循很多原则；首先，在布置时，要使平面尽可能的对称，这样布置的主要目的就是能够让平面和刚度保持均匀的状态，该结构有两个主轴，在对其进行布置时，一定要和谐，否则不利于扭转设计，如果在布置时无法平面对称，就要考虑到结构受力的问题；其次，要布置时要注意双向设置，并且保证框架柱平齐，与此同时要拉通框架梁，这样就不会出现竖向框架梁与横向框架梁彼此支撑的现象，而异形柱框架结构就会有足够的空间来承载一定的压力。这样布置最大的优势就是使异形柱框架正整体性能得到有效的提升，尤其是抗震性能方面；最后，如果需要竖向布置，一定要选择不交规则的材料，布置时要考虑应力的问题，不能过分的外挑，也不能过分的内收，如果布置不当，楼刚度就会发生突变，如果没有特殊的要求，坚决不能采用错层布置的方式。

2、抗震等级

这是设计的关键也是必须要考虑的问题，通常情况下异性框架结构的建筑抗震等级要求不同，设计人员要根据建筑物的高度以及选择的具体的结构类型来确定抗震等级。有很多计算抗震等级的方法，每种计算方法都各有优势也劣势，设计人员要根据具体情况具体选择，但是无论选择哪种计算方法，都要符合国家规定。

3、确定设计的各项参数

比如建筑物的高度，之后再根据其高度确定建筑物的高宽比等，这些参数都调查清楚，才能开始设计方案。比如如果建筑物要求的抗震等级为7级，而且其高度为35m，建筑物的层数为12，这时就能够确定出建筑物的高宽比，正常情况下是5。另外，还要根据建筑的各项参数确定长细比，一旦确定失误，建筑物就会出现不稳定的情况。

4、注重异形柱结构的延性以及粘结性

如果在设计时，异形柱属于单调荷载，尤其是反复荷载，这时如果不采取有效措施，异形柱的粘结性就会遭到严重的损害，而且延性也会受到相应的影响。影响异形柱结构延性以及粘结性的因素有很多，比如高宽比、轴压比等，因此控制器延性的关键就是控制好这些影响因素，一般情况下，高宽比要在3和4之间。因为异形柱框架结构普遍存在的问题就是肢厚比较小，有些甚至于框架梁宽度相同，因此异形框架柱的锚固能力与其他结构相比差距很大，所以要选择合适的纵向钢筋，尤其是对钢筋直径要求更加严格。如果在设计时，不希望出现短柱，那么在选择异形柱时，其肢高要适度的短一些，但是这又不符合锚固粘结的要求，为了能够更好的解决这一问题，设计人员通过计算得出异形柱肢高在50至70cm最适宜，这样就符合梁纵筋直径的要求，也不会出现短柱的情况。

二、异形柱的结构计算方法

1、直接计算法

根据国内外的部分试验结果，进行统计分析，拟合成经验公式。即按T型截面分别计算出纵向力作用x轴及y轴，考虑相应的初始偏心距增大系数后，按仅考虑曲肘边纵向受力钢筋计算的偏心受压构件所能承载的纵向力Nx和Ny，然后以初始偏心距与截面边长的比值为参数进行修正。

2、等代矩形柱计算法

将异形柱截面折算成惯性矩相等的矩形截面且将等代矩形柱的形心置于异形柱两肢杆轴线的交点上；将其输入空间分析程序（如TBSA）进行位移和内力计算，可简化工作量；以上电算输出的是作用在等代矩形杆形心处的组合内力，需将其回归到各个单肢截面的形心处。这样每个单肢就可按其各自的组合内力进行正、斜截面的配筋计算。这种用面积等效换算作抗压抗剪分析的方法在工程中应用较多，但用这种方法计算时应明确的是：按矩形柱计算时得出的内力要转换到异形柱上断面形心的位置.然后按异形柱计算配筋。

3、先配筋再复核法

对于有经验的设计人员，在参考一些相关算例的前提下，可以先对异形柱配筋再复核截面就显得更为简便，截面复核时可分x轴和y轴均按T型截面分别复核。

不论是哪种计算方法，都可以参与GB 50010 2002混凝上结构设计规范有关偏心受压构件的内容来进行计算。

三、异形柱框架结构的计算要点

1、剪跨比

剪跨比是反映柱截面所受弯矩与剪力相对大小的一个参数，是影响框架柱破坏形态的最重要的因素。控制剪跨比即控制柱净高与柱截面肢长之比。由于异形柱的抗剪性能差，选择异形柱截面时，为避免出现短柱，控制 > 4，亦即 >2。

2、轴压此的限定

轴压比是指柱组合的轴压力设计值与柱全截面面积和混凝土抗压强度设计值乘积之比。即。它是影响柱破坏形态和变形能力的另一个重要因素。有关研究结果表明：轴压比对异形柱的影响远远超过对普通矩形柱的影响，为保证异形柱的延性，必须严格控制轴压比，柱应具有足够大的截面尺寸，以防止出现小偏压破坏，并应满足抗震要求，同时避免长细比小于4的短柱。由于异形柱的截面积比具有相同抗弯刚度的矩形柱小，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。而异形柱的轴压比的限值在规范中又无详细规定，考虑到异形框架柱的抗扭、抗震性能较差，一般认为，设计中应按《混凝土结构设计规范》规定的轴压比限值减少0.05选用。

四、结语

综上所述，可知异形柱框架结构在设计时，要遵循很多的原则，无论是结构布置，还是建筑物的各项参数，都必须在事先调查的基础上，进行设计与确定，否则会造成严重的后果。异形柱的计算方法有很多，设计人员要根据建筑的具体情况来选择合适的方法，以减少计算的工作量，但是也不能因为工作量的原因，而选择适合的算法面，这只会产生事倍功半的效果。

参考文献：

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