异型柱结构的发展

近年来，随着人们生活水平的提高，住房条件获得了较大的改善。舒适度已经不再是人们选择住房的唯一标准，美观和结构布置的多样性被越来越多人关注。

过去，矩形截面柱在布置时经常出现室内的棱角，影响了美观，也减小了使用面积。在商品房时代，为了弥补矩形柱的不足，满足人们对住宅建筑的需求，落实国家墙体改革政策，20世界70年代，我国开始在住宅结构中采用异形柱框架结构体系。

1999年，国务院办公厅72号文件《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量若干意见的通知》的“加强新型结构技术的开发研究”专题中'，将异形柱框轻体系列为住宅建设的五种结构体系之一 。

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 异型柱结构的定义

异形柱结构是指全部或部分柱截面为L形、T形、十字形（以L形柱作角柱，T形柱作边柱，十字形柱作中柱），截面高与肢厚之比小于或等于4的框架结构。混凝土异形柱结构体系是以异形柱代替一般框架柱作为竖向支撑构件而构成的结构体系。

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 异型柱结构特点

异形柱结构体系避免了普通框架柱在室内凸出、占用建筑空间的问题，改善了建筑观瞻，为建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性。由于室内不见棱角，围护墙及隔墙较薄，与黏土砖结构相比，增加使用面积8%-10%；与矩形柱框架结构相比，增加使用面积0.6%-1.2%以上。同时，结合墙体改革，采用保温、隔热、轻质、高效的墙体材料作为框架填充墙及内隔墙，使用轻质填充墙，可以使结构平均自重不超过12-14kN/m2，以此来代替传统的烧结黏土砖墙，以贯彻国家关于节约能源、节约土地、利用废料、保护环境的政策。

采用异形柱框架结构，是墙体改革、节约能源消耗、减轻建筑物自重、增加使用面积、适应功能变化需求的主要途径之一。最初，异形柱结构体系主要用于住宅建筑，近年来逐步扩展到用于较规则的宿舍建筑等。

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 异型柱结构体系

混凝土异形柱框架一剪力墙结构体系是在异形柱框架结构体系中设置一定数量的剪力墙所构成的结构体系。混凝土异形柱框架体系中，在适当位置布置一定数量的剪力墙，有效地减少了异形柱承担的内力，增加了结构的刚度，还能使建筑布置有一定的灵活性。

混凝土异形柱框架一剪力墙结构体系属多道抗震防线的结构体系，剪力墙作为第一道防线，异形柱框架作为第二道防线，增强了结构的抗震能力，是实际工程中常用的一种结构体系。

当根据建筑功能需要设置底部大空间时，可通过框架底部抽柱并设置转换梁(转换构件宜采用梁)，形成底部抽柱带转换层的异形柱结构。底部大空间异形柱结构可用于非抗震设计和6度、7度(0．109)抗震设计的房屋建筑，设计时应满足如下基本要求：

①在地面以上大空间的层数：非抗震设计不超过3层，抗震设计不超过2层；

②适用的房屋最大高度应按表1-3规定的限值降低不少于10%，且异形柱框架结构不应超过6层，异形柱框架一剪力墙结构非抗震设计时不应超过12层，抗震设计时不应超过10层；

③异形柱框架结构的底部托柱框架不应采用单跨框架；

④落地的框架柱应连续贯通房屋全高，转换层下部结构的框架柱不应采用异形柱；不落地的框架柱应连续贯通转换层以上的所有楼层 。

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 异型柱结构设计基本规定

2006年，住建部发布关于发布行业标准《混凝土异形柱结构技术规程》的公告，2017年，住建部对该规定进行修改，新规编号GJ 149-2017，自2017年12月1日起实施。新规对混凝土异形柱结构提出了以下规定：

第3.1条 结构体系

3.1.1??异形柱结构可采用框架结构和框架剪力墙结构体系。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。当根据建筑功能需要设置底部大空间时，可通过框架底部抽柱并设置转换梁，形成底部抽柱带转换层的异形柱结构，其结构设计应符合本规程附录A的规定。

3.1.2异形柱结构房屋适用的最大高度应符合表3.1.2的要求。底部抽柱带转换层的异形柱结构，房屋适用的最大高度应符合本规程附录A的规定；8度(0.30g)的异形柱框架-剪力墙结构仅限用于Ⅰ、Ⅱ类场地。

注：房屋高度超过表内规定的数值时，结构设计应有可靠依据，并采取有效的加强措施。

3.1.3??异形柱结构适用的最大高宽比不宜超过表3.1.3的限值。

3.1.4异形柱结构体系应通过技术、经济和使用条件的综合分析比较确定，除应符合国家现行标准对一般钢筋混凝土结构的有关规定外，尚应符合下列规定：

1）不应采用部分由异形柱框架与部分砌体墙承重组成的混合结构形式；

2）抗震设计时，不应采用单跨框架结构，不宜采用连体和错层等复杂结构形式；

3）楼梯间、电梯井宜根据建筑布置及受力的需要，合理地布置剪力墙、一般框架柱或肢端设暗柱的异形柱;楼梯间的抗震设计应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011的相关规定；

4）异形柱结构的柱、梁、楼梯、剪力墙均应采用现浇结构。抗震设计时，楼板宜采用现浇，也可采用现浇层厚度不小于60mm的装配整体式叠合楼板；非抗震设计时，楼板宜采用现浇，也可采用带现浇层的装配整体式叠合楼板。

第3.2条 结构布置

3.2.1异形柱结构宜采用规则的结构设计方案;抗震设计的异形柱结构应采用符合抗震概念设计要求的结构设计方案，不应采用严重不规则的结构设计方案。

3.2.2抗震设计时，对异形柱结构规则性的判别及对不规则异形柱结构的设计要求，除应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的相关规定外，尚应符合本规程第3.2.3条～第3.2.5条的相关规定。

3.2.3 异形柱结构的平面布置应符合下列规定：

1）异形柱结构的一个独立单元内，结构的平面形状宜简单、规则、对称，质量、刚度和承载力分布宜均匀。

2）异形柱结构的框架纵、横柱网轴线宜分别对齐拉通;异形柱截面肢厚中心线宜与框架梁及剪力墙中心线对齐。

3）异形柱框架-剪力墙结构中剪力墙宜均匀布置，抗震设计时，剪力墙的布置宜使各主轴方向的侧向刚度接近。剪力墙的间距不宜超过表3.2.3中限值的较小值;当剪力墙间距超过限值时，在结构计算中应计入楼盖、屋盖平面内变形的影响。

注：表中B为楼盖宽度(m)。

3.2.4 异形柱结构的竖向布置应符合下列规定：

1）建筑的立面和竖向剖面宜规则、均匀，避免过大的外挑和内收；

2）结构的侧向刚度沿竖向宜相近或均匀变化，避免侧向刚度和承载力沿竖向的突变;高层异形柱框架-剪力墙结构相邻楼层的侧向刚度变化应符合现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3的有关规定；

3）异形柱框架-剪力墙结构体系的剪力墙应上下对齐、连续贯通房屋全高。

3.2.5 不规则的异形柱结构，其抗震设计应符合下列规定：

1）扭转不规则时，应计入扭转影响，且楼层竖向构件的最大弹性水平位移和层间位移分别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；

2）侧向刚度不规则时，刚度小的楼层地震剪力应乘以不小于1.15的增大系数；

3）楼层承载力突变时，其薄弱层对应于地震作用标准值的地震剪力应乘以1.25的增大系数;楼层受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%；

4）竖向抗侧力构件不连续时，构件传递给水平转换构件的地震内力应根据不同条件和情况乘l以1.25~1.50的增大系数；

5）受力复杂不利部位的柱，宜采用肢端设暗柱的异形柱或一般框架柱。

3.2.6对抗震安全性和使用功能有较高要求或专门要求的异形柱结构，可采用隔震设计，采用隔震设计时应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011的相关规定。

第3.3条 结构抗震等级

3.3.1抗震设计时，异形柱结构应根据抗震设防烈度、建筑场地类别、结构类型和房屋高度，按表3.3.1的规定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。建筑场地为Ⅰ类时，除6度外，应允许按本地区抗震设防烈度降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低。

注:1）房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)；

2）对7度((0.15g)时建于Ⅲ、IⅣ类场地的异形柱框架结构和异形柱框架-剪力墙结构，应按表中括号内所示的抗震等级采取抗震构造措施；

3）房屋高度接近或等于表中高度分界数值时，允许结合房屋不规则程度及场地、地基条件适当确定抗震等级。

3.3.2当异形柱结构的地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时，地下一层与首层的侧向刚度比不宜小于2，地下一层及以下不应采用异形柱，地下一层结构的抗震等级应与上部结构相同，地下一层以下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级，但不应低于四级。作为上部结构嵌固部位的地下室楼层的顶楼盖应采用梁板结构，楼板厚度不宜小于180mm，混凝土强度等级不宜小于C30，且应采用双层双向配筋，每层每个方向的配筋率不宜小于0.25%。

第4.1条 结构计算分析

4.1.5??异形柱结构构件承载力应按下列公式验算：

持久设计状况、短暂设计状况：γ0S≤R

地震设计状况：S≤R/?γRE

式中：γ0——结构重要性系数，不应小于1.0；

S——作用效应组合的设计值；

R——构件承载力设计值；

γRE——构件承载力抗震调整系数。

第6.2条 结构构造

6.2.5异形柱中全部纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于表6.2.5-1规定的数值，且柱肢肢端纵向受力钢筋的配筋百分率不应小于表6.2.5-2规定的数值。

表6.2.5-1异形柱全部纵向受力钢筋的最小配筋百分率(%)

注:1表中括号内数值用于框架结构的柱;

采用40OMPa级纵向受力钢筋时，应按表中数值增加0.05采用。

表6.2.5-2异形柱截面各肢端纵向受力钢筋的最小配筋百分率(%)

第7.0条 施工及验收

7.0.2对有抗震设防要求的异形柱结构，按一、二、三级抗震等级设计的框架，其纵向受力普通钢筋应符合下列规定：

1）钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；

2）钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30；

3）钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

知识点：异形柱结构设计需要遵循的规定

探析异形柱结构设计