异形柱框架结构在民用建筑设计中的应用研究

杨树广

摘 要：在技术不断革新与改善的背景下，异形柱结构的应用率逐年走高，与传统结构形式的建筑相比，异形柱结构的优势较为明显，尤其是可以提高住宅建筑内部平面设计的合理性与科学性，有效地提高空间利用效率，即在相同的建筑面积下可以提供更大的使用面积。因此文章结合实例，就异形柱框架结构在民用建筑设计中的应用展开分析。

关键词：异形柱框架结构;民用建筑;设计;应用

建筑结构设计中，异形柱框架结构的应用可以在最大程度上贴合于建筑工程在平面上的使用需要，保持异形柱肢厚度等同于轻质填充墙，从而避免在室内出现柱结构的棱角与梁边，显著增加了室内可用面积。当前异形柱已经在公寓、住宅建筑以及办公楼建筑的设计中得到了一定的推广与应用，应当予以重视。

1 异形柱概述

异形柱（Specially shaped column）主要是指截面形状不同于常规矩形截面的柱，多在满足柱基本要求的前提下，根据建筑功能、建筑设计需求而定。目前较为常见的异形柱主要有 L 形（以角柱为主）、十字形（以中柱为主）、T形（以边柱为主）等类型。将异形柱科学运用于多层钢筋混凝土架框架结构中，可有效改善传统钢筋混凝土框架结构存在的不足，优化其结构性能。例如，针对传统钢筋混凝土框架结构抗侧力差，水平方向易受力影响发生位移这一问题，可利用异形柱适当增强框架结构水平方向抗力。即根据多层建筑实际情况，将0.5m×0.5m方形柱，分成0.5m×0.25m的两个长方形柱后组成角柱或边柱，这样能够在保证竖直方向截面边长（0.5m）不变的情况下，延长水平方向的截面边长（0.75m），从而增加水平方向截面积，提升边框结构水平方向刚度，增强建筑结构整体稳定性。

又如，针对传统钢筋混凝土框架结构各层受力不均衡，由下至上受力逐渐减小这一特征。在进行钢筋混凝土框架结构改造时，通常利用分层设计法进行框架结构梁柱截面调整，让各层结构受力均衡，保证实际受力与设计受力分布的相统一。相对于矩形柱而言，异形柱的运用能够让钢筋混凝土框架结构分层设计更具简便性。例如，针对多层钢筋混凝土框架结构底层柱抗压抗剪承载力要求高这一特征，可在不大幅度改变空间设计的前提下，灵活运用T形柱、L形柱适当增加底层柱横截面积，提升底层柱抗压抗剪承载力;可在确保框架结构整体稳定的前提下，进行中层异形柱截面调整，达到分层设计目的，降低框架结构纵向力与弯矩作用的不利影响。

再如，针对传统钢筋混凝土框架结构梁柱节点受力集中这一特征。在框架结构设计过程中，可利用异形柱在梁柱相交位置配置加固脚，增加框架结构梁柱节点稳定性的同时，提升室内感官体验，节约结构施工投入成本，让钢筋混凝土框架结构更具稳定性、安全性、舒适性、经济性、可控性。以某多层钢筋混凝土框架结构建筑项目为例，建筑项目属房屋住宅项目，楼高约为30m，抗震设防烈度 6度。在框架结构设计过程中，底层柱、楼梯、矩形柱不适宜地方均采用异形柱。相对传统钢筋混凝土框架结构而言，建筑材料（以钢筋、混凝土材料为主）节约 10%，建筑项目整体施工成本得到有效控制。此外，在异形柱应用过程中，针对抗震性能设计要求相对较高的建筑项目，可根据实际需求，在异形柱中配置暗柱，提升异形柱承载力，让框架结构抗震能力达到预期目标，增强框架结构使用性能。

2 工程实例分析

某民用住宅工程为6层，对建筑平面以及立面的结构形式均有较高的要求。为了避免影响结构稳定性，需要针对异形柱结构形式的应用进行分析，确定施工标准与关键、细节部位的结构参数，保证工程的稳定性的同时发挥出异形柱结构的优势。

3 异形柱框架结构设计的应用要点

3.1 框架柱结构设计要点

异形柱形式的选择。现阶段常用的异形柱应用形式主要有三个类型，分别是十字型、T字型以及L型，由于该工程对结构要求较高，因此应当采用双排布置的结构形式。如果框架柱的截面相同，需要保持受力钢筋的直径也相同。在正常情况下，可以将钢筋直径控制在14～25mm;如果钢筋间距在250mm以上，则应当结合实际情况来考虑是否应当设置纵向结构钢筋，如有应用纵向结构钢筋的需求，可将其直径設置在12mm以内，框架柱截面较大时可增设拉筋，并保证拉筋间距控制在箍筋间距的2倍或以内。（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，必要时可以分二排设置，二排钢筋之间的净距不应小于50mm。在工程对建筑结构形式有特殊要求的情况下，还应在柱子截面中设置2排钢筋，保证结构稳定性。（3）配筋率的计算。配筋率的计算与建筑抗震等级密切相关，具体需要注意以下几点：如果该建筑工程抗震烈度为6度，应当保证中柱与边柱的纵筋配筋率不低于 0.7%，而在角柱部位，配筋率则要达到0.9%。如果该建筑工程抗震烈度为7度，应当保证中柱与边柱的纵筋配筋率不低于0.6%，角柱的配筋率则要达到0.8%。抗震设计时，对于二级和三级则不宜大于3%。（4）框架柱的箍筋。箍筋是异形柱结构的重要环节，当前我国对于异形柱箍筋也提出了明确的要求，须采用复合配箍形式，严禁使用具有内折角的钢筋，并采取相应的技术手段保证钢筋封闭效果。对于箍筋末端，可将其加工为135°的弯钩结构，在弯钩端头垂直长度的设计中，应当保证其长度不小于钢筋直径的10倍。

3.2 框架节点设计

框架节点属于建筑工程整体结构中的细节部位，需要注意以下两个问题。（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满足坡度小于1/25的条件下向柱筋内侧弯折，并伸入框架节点内。（2）如果框架梁任意侧凸处的边柱宽度在500mm或以上，则框架梁的纵向受力钢筋则可以延伸到框架梁柱节点的内部，并以此为基础，进行深化设计。

3.3 异形柱与填充墙的连接

异形柱与填充墙之间的有效连接是保证异形柱建筑结构整体稳定性的关键。关于填充墙材料的选择，宜采用重量较轻的材料，不但能降低工程整体自重，而且能让结构的整体稳定性得到保证。在框架与填充墙的交接部位，应当沿高度方向每500mm设置一道钢筋，确保填充墙与框架柱之间的连接稳定。如果填充墙的长度在5m或以上，则需要在填充墙顶部与框架梁相交接处采取技术措施进行拉结，进一步提高异形柱与填充墙连接的可靠性。在该项目中，应用了异形柱框架结构，在室内不露梁柱的棱角，保证室内环境美观的同时提高了建筑使用面积、减轻了建筑工程的自重。但是需要注意的是，异形柱结构会缩短框架梁的长度，且柱肢较薄，应当对异形柱的轴压比进行严格控制。

总之，在上文分析中不难发现，异形柱框架结构的设计与传统的建筑形式之间有较大的差异，所以在设计过程中应当保证规范性。由于结构柱的形式多种多样，同时框架梁的长度有所减损、柱肢也更薄，因此应当在保证结构强度的同时，适当提高其配筋率。本文针对异形柱结构的特点和优势以及设计要点进行了分析，以供借鉴。

参考文献：

[1]董建军，沈冲，周小军.威海香水海项目钢异形柱支撑框架结构设计[J].建筑结构，2020，50（09）

[2]苏何先，潘文，张兴仙，白羽，高永林，余明坤.8度区异形柱框架结构基础隔震研究[J].振动与冲击，2019，38（20）

[3]朱艳.矩形柱框架、异形柱框架与异形柱框架–剪力墙结构的对比分析[J].建筑技术开发，2019，46（16）