落实新规范提高混凝土异形柱结构抗震性能

王祖国,唐健,朱吉喜,胡琦洋,陶帅

摘要：混凝土结构的应用范围十分广泛，其重要性也不言而喻，而异形柱结构则是混凝土结构中不可或缺的一部分。而在应用和推广混凝土异形柱结构时，要对其性能进行不断的完善和提高，其中抗震性能不可忽视。异形柱结构在抗震性上与常规混凝土结构有很大差距，抗震性能较差，安全性有待提高，而根据《混凝土异性柱结构技术章程》和异形柱结构本身特点，以及防震相关要求，对提高异形柱结构的抗震性能提出了新规范和新要求。

关键词：抗震；异形柱结构；混凝土

前言：混凝土异形柱结构这一概念在提出之后就被广泛应用，该结构相对于混凝土矩形柱有一定优势，例如可以节省空间，但是也存在一些问题，例如抗震性能有待提高，这一问题也是新规范所关注，并要求各个建筑在建造时结合异形柱结构本身特点有针对性地改善其抗震性能。

一、混凝土异形柱结构概念

异形柱顾名思义在形状上与其他柱子有所不同，主要有L形、十字形等等，相比于混凝土矩形柱异形柱结构要更加多元化，应用范围主要适用于小高层和多层建筑。而在进行建筑物设计时，考虑到美观性以及为了增加更多的空间，不同的结构与不同的部位可以应用不同类型的异形柱，来保证柱子与建筑的一致性，避免有多余的柱体凸出。并且使用高效墙体取代传统材料进行框架的填充，不仅可以节约能源，还可以增加使用空间。

二、混凝土异形柱结构体系及抗震等级

异形柱结构主要有两种，一是框架结构，二是框架－剪力墙结构，其基本准则和原理和混凝土结构是相似的，所以在荷载取值上也是相同的，如果肢高与肢厚的比值在5-8，就算作短肢剪力墙，如果在8以上则为剪力墙。

需要注意的是，并不是所有异形柱结构都有抗震功能，有的异形柱结构本身就不具备抗震性。也正因如此，不同类型的异形柱结构其应用房屋的最大高度也不同。如果是非抗震建筑，24m是其可以应用建筑的最高限度，而框架－剪力墙的最大高度为45m。如果是抗震建筑，也要根据其抗震等级区分，主要有3个等级，抗震的性能越高，对建筑高度的限制也就越高。例如六度抗震的异形柱结构可以应用建筑的最高限度为24m，而七度则为21m，八度为12m。而框架-剪力墙也是相同道理，六度的最高限度为45m，七度为40m，八度则为28m。所以不同抗震等级应用异形柱框架也有着不同的要求，要根据相应的要求和建筑本身的特点进行相应的设计和施工，抗震等级越高，其适用房屋的高度也就越低。

三、提高混凝土异形柱结构抗震性能实施路径

1、设计方案

在进行异形柱结构方案设计时，要遵循几个原则，一是简单，在立面和竖向上的设计不要有过大的外挑和内收。二是要做到对称，各个柱子截面的中心线要对称，框架要对齐，剪力墙要做到上下对齐。三是设计要规则，不要有过大的突变，并且要减小侧偏。如果遇到不规则结构，或者受力复杂的异形柱，要具体问题具体分析，可以适当进行改变，例如提高薄弱层或者构件的承载能力。而合理的设计方案是保证异形柱结构抗震性能的基础，并且各地对于混凝土异形柱结构的抗震要求也有所不同，要根据具体情况进行设计，切忌照搬他人方案，后续很容易出现安全隐患。

2、技术要求

设计出合理的方案之后，想要提高异形柱结构的抗震性能最主要的就是要对技术层面进行提高，在异形柱的构造上进行细化。

防裂设计：提高抗震性能，防裂的重要性不言而喻。所以要对异形柱梁柱的交接处进行防裂设计，如果梁超出异形柱50mm以内，那么入柱主筋要以1比25的比例变形，要对变形的区域采取相应的防裂办法。如果超出梁在50mm-75mm之间，则要使用防裂加强筋，超过100mm则加大防裂力度，在进行防裂设计时，还需要考虑到不同程度的变形情况，并采取相应的措施。

重新规范计算公式：想要更好地防震，就要对建筑的承载力以及异形柱框架结构的变形数据进行精准的计算，所以要重新进行异形柱结构的计算，包括但不限于弹性层间位移角线值，最大层间位移，剪跨比，柱端系数等等。而这些数据的计算都会影响到异形柱结构的抗震性能，例如当二级抗震时，将柱端系数提高0.1就可以提高其抗震性能。而计算公式需要根据相应的要求和建筑的具体情况进行设计，不可为提高抗震性而盲目更改。

构造技术：如果异形柱结构带有转换层要格外注意，其对异形柱结构的抗震性能有很大影响，尤其是底层抽柱的转换层。要清楚异形柱结构不可应用于这种构造的下部，而转换层的上下结构的侧向刚度比值越接近1越好。

转换层的构件最好选择梁，并且结构中的剪力墙要贯穿全高，实现全部落地，楼面最好采用现浇，厚度不要小于150mm，并且为了更好地防震，应该双层双向配筋，并且要有效地嵌入墙体。而在异形柱和楼板的内拐角可以放置放射筋，而在异形柱抽柱的托梁上要另外搭设柱筋，而柱筋的搭设要按照相应规定进行。

3、施工注意

在进行异形柱施工时，有很多需要注意的地方，其施工要求要更为严格，如果施工技术不够规范，对异形柱的抗震性能会有很大的影响。

首先要根据相应的规范进行施工，明确合格的混凝土异形柱结构的验收标准并以此为基准。开始施工前要充分了解建筑的特点以及要施工异形柱的结构，并制定相应的技术方案以及选择优质的材料，雇佣经验丰富的工人进行施工。以上环节都不可小觑，尤其是材料的选择上，不可贪图便宜，例如异形柱的粗骨料最好选择碎石，但是碎石的最大粒径不要超过一定范围，以及碎石的含泥量要尽可能地低，材质越好，异形柱结构最后的防震效果也就越好。

而在施工过程中，要做到严格监督，尤其是浇筑工艺要严格把关，要遵循连续浇筑的原则，并且要注意细节，避免在柱体上留下过多的缝隙。而在核心区域，在相交构件的选择上要选取强度等级高的构件的最高值。

异形柱在施工过程中要避免出现尺寸的偏差，其相较于常规混凝土施工，对于偏差的要求要更加严格，例如混凝土结构在截面尺寸的允许偏差是-5mm到+8mm，而异形柱结构只允许-8mm到0，这也就意味着异形柱在截面上的施工不可超出。而在截面尺寸、表面平整度、预埋件、预留洞和预埋栓管上的允许偏差也都要小于混凝土结构，这表明异形柱施工需要更加精细，只有尽可能地缩小误差，保证施工的质量，才能更好地提高其抗震性能。以及在施工时，在核心区域要格外注意，不要与其他管道相冲突，更不可以削弱其截面，不然会影响其结构的整体性和完整性。

结语：混凝土异形柱结构在建筑中的应用可以很好地提高房屋的各方面性能，让房屋更加美观和实用，也广泛应用于多层建筑和小高层建筑，并推进了墙体的变革。但是异形柱结构由于自身截面较小，导致整体框架的抗剪抗震能力被削弱，与常规的混凝土矩形柱相比，在抵抗变形和内力上有一定差距，所以提高其抗震性能是十分必要的。这就要求异形柱结构从设计到施工都要严格把控，不断提高技术，并且保证施工质量，以求更好的抗震效果，并且要遵守《混凝土异形柱结构技术规程》，在此基础上根据实际情况进行抗震性能的提高，保证建筑的安全性和实用性。

参考文献：

[1]孔子昂,徐秀凤,任传尧,贾海涛,王正云,周强.钢筋混凝土异形柱下独立基础验算程序研究[J].建筑结构,2021,(08):119-126.

[2]叶全喜,郝放,薛炳勇,李桐栋,朱林,刘立悦.钢管混凝土异形柱及相关梁柱节点构造研究综述[J].北京工业大学学报,2021,(09):1083-1094.

[3]刘祖强,毛冬旭,薛建阳,张风亮.型钢混凝土异形柱正截面承载力简化计算方法[J].应用基础与工程科学学报,2021,(01):173-181.

[4]刘祖强,任甭优,薛建阳,周超锋.型钢混凝土异形柱框架地震损伤分析[J].工程力学,2021,(01):143-153.