异形构造柱（异形构造柱在建筑中的应用）

摘要：，异形构造柱是现代建筑中常见的一种结构元素，它们通过不规则的形状和尺寸来提供额外的支撑或装饰效果。在建筑设计中，这种柱子能够增强结构的稳固性，同时也为建筑美学增添特色。本文将探讨异形构造柱的设计原则、应用实例以及如何通过这些柱子来满足特定的建筑需求和功能要求。

一、异形构造柱的概念

异形构造柱是一种在建筑工程中使用的柱子，它不同于普通的圆形或矩形构造柱，其形状根据建筑使用功能、结构刚度和架构承载力要求，按照建筑设计图纸布置需求设计成不同的形状和截面，如T形、L形、十字形、工字形等形状。

二、异形构造柱的受力特点

平面刚度与结构计算
- 根据建筑需求在房间分隔墙交点灵活布置，平面刚度疏散均匀，但常因梁纵横不通畅，结构较难简化为平面结构计算。
立面刚度与协同工作
- 立面刚度分布较均匀，与轻质砌体填充墙在弹性阶段共同工作性能良好。
双向压弯与对称轴影响
- 柱采用T形、L形、十字形等截面形式，肢宽厚比在2.5 - 4.5之间，柱肢薄而狭长，双向压弯效应明显。且异形截面仅有一根对称轴或没有对称轴，对荷载方向角敏感，抗扭刚度较差，荷载方向稍有不对称或偏心，抗扭能力降低较大。
薄弱部位与应力集中
- 异形截面的柱肢角部是明显的薄弱部位，尤其是梁底与柱肢交界断面的柱肢角部，应力集中严重。
梁柱重叠与节点区特性
- 梁高宽比大，柱肢狭长，使梁柱重叠部分多，在梁端一定范围形成刚域；同时节点区较大而薄，在弹塑性阶段，应计入节点区变形对结构变形的影响。节点的受力性能与矩形柱节点有较大区别，一方面梁柱薄，施工时混凝土不易振捣密实，梁柱交接处应力集中和后期破坏较重，削减节点核心区有效体积，降低节点抗剪承载力；另一方面，节点区破坏部位的梁端外移，缓解节点的失稳。

三、异形构造柱的设计相关问题

结构选型
- 纯异形柱框架结构体系：对于层数不多、高度不高的多层住宅和一般性民用建筑，可选用全部由异形柱组成的纯异形柱框架结构体系。
- 异形柱框架 - 剪力墙结构：高层和层数较多、高度较高的多层住宅和一般性民用建筑，应采用异形柱框架 - 剪力墙结构。
- 底部抽柱带转换层的异形柱结构：当使用上要求设置底部大开间时，可采用底部抽柱带转换层的异形柱结构。
结构平面布置要点
- 对称布置：平面布置宜对称，两个主轴方向要协调，使合力中心尽可能和刚度中心重合，减少偏心距，降低扭转产生的不利影响。
- 双向承重体系：考虑采用双向承重体系，并纵横向相连接。
- 柱肢对齐：各柱肢应尽量对齐，使柱肢与梁一起构成较规则、多跨的抗侧力体系。重点布置在影响房屋使用的墙角部位，其他部位从受力合理和施工方便考虑宜采用矩形截面柱。异形柱柱肢截面的肢高肢厚比不大于4时，按杆件系模型分析。
计算分析与软件应用
- 在PKPM系列软件中，由PMCAD模块解决异形柱的定位和荷载导入，TAT和SATWE模块完成整个体系的结构计算和配筋计算，PMCAD和PK模块实现结构施工图设计。采用SATWE程序加“钢梁”单元的计算模型得出的自振周期最小，水平地震反应最大，传力路径接近实际受力情况，建议按此模型计算。
特殊设计要求
- 侧移控制：在一般矩形柱的多层框架结构中侧移多不起控制作用，但异形柱框架结构侧向刚度较小，有时侧移会超出规范允许值。
- 箍筋加密：对柱的净高与柱截面长边尺寸之比小于4的异形柱，应沿柱高全高加密箍筋，以减少地震作用下柱剪切脆性破坏的危险性和改善柱的变形性能。
- 内折角受力筋设置：因荷载方向角的任意性，在异形柱内折角处应设置相同直径的受力筋。
- L形柱角处钢筋：位于L形柱角处的纵向受力钢筋为双向作用。
- 节点计算：对抗震等级三级及三级以上的结构，应对节点进行计算，以保证节点区的可靠性。

四、异形构造柱在不同建筑中的应用

多层住宅与民用建筑
- 在民用多层住宅中，异形柱肢厚度一般设计在180mm至250mm的范围内。如果是高层的办公楼，楼层底部用于商业商铺时，柱肢厚度一般控制在300mm至500mm之间。根据建筑结构功能区分来设计异形柱，可防止使用结构转换层，降低工程成本。
不同烈度地区的考虑
- 在烈度较低的地区，异形柱的截面对称轴在水平力作用下，一般设计为十字形，利用弹性分析计算方法算出翘曲应力较小，可按偏压构件受水平力影响，依据平截面假定原理分析，按照混凝土设计规范计算。在烈度较高的地区，水平力对异形柱非主轴方向产生影响时，需注意翘曲应力，若平截面假定出现较大误差，要用有限元分析方法对异形柱结构进行分析，以确定内力大小和配筋位置，可利用TAT、SATWE等程序进行内力和配筋计算。
实际工程案例（如别墅）
- 例如某别墅地下1层，地上3层，采用人工挖孔桩，柱下独立基础，墙下条形基础，抗震等级为三级，设计使用年限50年，采用L形、T形等异形柱截面型。实践证明，此别墅选型合理，内力计算结果精确，按规范设计构造，异形柱能很好地应用到工程中。