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1、异形柱技术总结去年年底做了一个异形柱结构的检测鉴定， 虽然之前很少接触异形柱， 但经过这个工程后，还是学到了不少有关异形柱方面的知识和技术。一、异形柱的基本概念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。我们先来了解异形柱的定义。混凝土异形柱结构技术规程 (JGJ1 49 200 6) 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不大于 4的柱。规程中目前仅列入了 L形、T形和十字形三种界面形式的异形柱，因为对此三种截面积累的工程经验较多。未列入的还
2、有一字形， Z字形等。一形柱和 Z形柱截面类似，即两个主轴方向抗弯能力相差甚大。目前，此两种类型的柱尚未列入规程中， 以后经过大量的试验研究后， 应该也会经入规程的控制。下图为几种异形柱及其钢筋配置：异形柱各肢肢长可能相等， 也可能不等。 我们在抗震设计时宜采用等肢异形柱，当不得不采用不等肢异形柱时，两肢的肢高比不宜超过 1.6，且肢后差不大于 50mm（详见规程条文说明第 6.1.4条）。柱截面肢高肢厚比是指异形柱柱肢截面高度与厚度的比值，柱的肢高肢厚比不同时，柱的性能也会有不同的差异。规程规定肢高肢厚比不大于 4，试验表明，在此情况下，异形柱在偏心受压状态下的应变基本符合平截面假定。二、异
3、形柱与矩形柱的限值对比异形柱和矩形柱相比，在设计中差异时比较明显的，我们来看看这些差异：1. 当建筑物构形式相同且所处地域的抗震烈度相同时，异形柱的最大适用高度要明显低于矩形柱的最大适用高度，详见下表：矩形柱：异形柱：2. 在风荷载、多遇地震作用下，异形柱结构的弹性层间位移角限值比起相同结构类型的矩形柱要严格一些，详见下表：异形柱：矩形柱：3. 在罕遇地震作用下，异形柱结构的弹塑性层间位移角限值比起相同结构类型的矩形柱要严格一些，详见下表：异形柱：矩形柱：4. 在相同结构形式及相同抗震等级条件下，异形柱的轴压比限值要明显严于同种结构类型的矩形柱，详见下表：异形柱：矩形柱：5. 界定 “扭转不规
4、则类型 ”的控制点更严，抗规规定当结构的扭转位移比大于1.45时可界定为扭转不规则结构，而异规界定 1.2。三、异形柱与矩形柱的受力特性比较(一) 异形柱的受力特性及抗震性能与矩形柱有着本质尚的差别。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。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。(二) 异形正截面的计算（双向压弯构件）比矩形柱截面要复杂。因在双向压弯条件下，截面的中和轴一般不垂直于弯矩作用平面，也不与截面边缘相平行，它的位置随着截面尺寸、混凝土强度、配筋及荷载的大小形式等多种因素的变
5、化而变化。 对于 L型及 T型截面构件，即使在同一轴力下，截面的抗弯能力也会随着弯矩作用角的变化而大相径庭，相比之下，矩形柱在此方面的差异要明显小于异形柱。研究发现， T型柱的正截面总体承载力要高于矩形柱及 L型柱。(三) 异形柱的斜截面受剪破坏呈脆性，其粘结破坏特性较矩形柱更为明显，抗震设计时，仍应遵循强剪弱弯的设计原则，研究表明，当异形柱两肢肢高相近时，其受剪承载力的大小服从梅花瓣形规律，当两肢肢高相差较大时，则服从椭圆规律。(四) 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
6、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：四、异形柱中的几个关键点A. 节点节点，也即梁柱的交汇点。其作用是将所属的本层和上层荷载有效的传递给下层柱， 因此节点核心区的作用力与节点相连接的梁端和柱端弯矩、轴力、剪力及扭矩等，受力是很复杂的。试验表明，在相同条件下，节点水平截面面积相等的 L 形、 T形及形截面柱的节点受剪承载力比矩形截面柱的受剪承载力分别低 33、18和 8左右，且异形柱框架节点核心区发生斜压破坏的上柱底部轴压比较矩形柱低。异形柱中最薄弱的两个环节即节点的受剪承载力及柱的延性，因此不论是抗震设计还是非抗震
7、设计，我们都应进行节点受剪承载力验算。B. 剪跨比剪跨比是决定异形柱截面特性的主要因素 ,当剪跨比较大时 ,截面正应变分布符合平截面假定 ,随着剪跨比的减小应变分布向曲面方向发展 ,异形柱的受力性能越来越接近短肢剪力墙。通常将异形柱分为长柱（ 2）、短柱（ 2）和极短柱（ 1.）5。一般情况下，长柱长发生正截面破坏，而短柱和极短柱则多出现斜截面受剪破坏。异形斜截面受剪破坏时，粘结破坏较矩形柱显著，且此种破坏呈脆性，对结构很不利， 故设计时不宜小于 2，不应小于 1.5。此规定相当于异形柱的净高与柱肢截面之比不宜小于 4，抗震设计时不应小于 3。例如某建筑物标准层层高 3300mm，梁高 500
8、mm，则异形柱最大为 700mm。C. 轴压比轴压比是异形柱延性的重要保证措施，柱应具有足够大的尺寸，以防止小偏压破坏，提高柱的变形能力。在高轴压比情况下 增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小， 因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要 特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合， 剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝 产生腹剪破坏，加上异形柱多属短柱 这些导致异形柱脆性明显 使异形柱的延性普遍低于矩形柱。因而对异形柱的轴压比要严格控制。广东钢筋混凝土异形柱设计规范 （DBJ/T15-15-95）按建筑抗震设计规范（ GBJ11-89）中所规定的柱子轴压比降低 0.05取用；天津混凝土异
9、形柱结构技术规程（JGJ149-2006）则根据箍筋间距与主筋直径之比、 箍筋直径及抗震等级共同确定，其要求比广东规程严格（天津规程异形柱轴压比限值见前面第三页） 。五、异形柱和短肢剪力墙对于柱、异形柱、短肢剪力墙和剪力墙等竖向构件， 从截面构造上划分，比较统一的认识是：设肢截面高为 h，宽为 b，当矩形截面 1hb3且hb 300mm时为柱；当异型截面 3hb5时为异形柱；当 5h b 8时为短肢剪力墙；当 8hb时为剪力墙。它们适用范围不同，构造措施也不同。其主要区别是表现在受力变形方面： 异形柱是以承受竖向力为主的构件，受力变形接近于矩形框架柱，为剪切变形，计算时应按柱输入； 普通剪力墙
10、是以承受水平作用为主的构件， 属弯剪变形， 计算时按墙输入； 短肢剪力墙变形接近于剪力墙。 在结构力学计算中， 柱与剪力墙对于整个结构的受力性能影响，是大不相同的。选择不同的输入方式，无论自振周期、结构侧移，还是基底弯矩和剪力、梁柱内力，都有很大的影响和差别。在实际工作中，所布置的往往不全是异形柱，其中经常会混合采用一字柱或一些墙肢相对较长 (肢厚比超限 )的剪力墙等等。在计算模输入时，如果把异形柱按短肢剪力墙输入，甚至将异形柱框架结构全部按短肢剪力墙输入，那样势必造成很大的计算误差，进而影响结构、构件的安全。因此，在程序整体计算模型输入时，一定要特别留意。六、异形柱用 PKPM 建模鉴定过程
11、中应注意的问题a) 在 PMCAD 上定义 L、T、+字形柱时，应用里面的“十字形”截面定义，并且应把截面相同而转角不同的柱定义成几个不同的截面。 不宜采用转角的方式。b) 由于异形柱的柱肢较长，梁柱重叠部分大，在计算时应选择“梁柱重叠部分作为刚域”。c) 混凝土异形柱的计算宜选用双偏压计算。d) 对于肢长与肢宽之比不大于 4的异形柱，由于它已接近柱的特征，应按异形柱形式输入。对于肢长与肢宽之比大于 4但不超过 5的短肢剪力墙，可以按两者分别计算取计算结果的较大值。e) Z型柱可按两个 L 型柱输入。七、结语异形柱结构尚处于发展阶段，我们平常的设计及鉴定工作中应善于分析和发现问题，如此既能增强我们的技术水平，又能开拓市场，何乐而不为呢？