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摘要：在高层建筑施工中，经常会使用钢筋混凝土异形柱结构，其根本原因在于高层建筑层数过高，其稳定性较差，采取钢筋混凝土异形柱能够有效提升高层建筑整体质量和稳定性，对于延长高层建筑使用寿命起到不可忽视的作用。与传统框架柱相比，异形柱具有适用广泛和承载能力高等优势，因此，异形柱在我国建筑行业逐渐取代框架柱，在建筑行业占据非常重要的地位。本文就钢筋混凝土异形柱分析，明确钢筋混凝土异形柱自身优势和设计要点，借以保证钢筋混凝土异形柱在建筑施工中有更加广泛的应用。
关键词：钢筋混凝土；异形柱；设计
引言：目前高层建筑施工中使用的钢筋混凝土异形柱结构包括异形柱框架和异形柱剪力墙等，因此在进行钢筋混凝土异形柱设计时，应充分考虑高层建筑结构和建筑施工现场等因素，按照相应要求进行钢筋混凝土异形柱设计，避免在钢筋混凝土异形柱施工时出现问题。对于异形柱来说，其本身属于一种框剪结构体系，因此异形柱能够有效提升建筑物整体稳定性和安全性。
一、应用实例
某11层住宅楼采用现浇钢筋混凝土异形柱框架，结构，标准层层高2.8m，底层层高自室外地坪算起为3.1m，自基础顶面算起为3.4m，地震设防烈度6度，抗震等级三级，场地土三类，基本风压在o.5kN/m2，其荷载按国标《建筑结构荷载规范(CB50009一2012)》选取。
二、异形柱结构的特点
为了保证钢筋混凝土异形柱在建筑施工中有广泛的应用，应充分了解钢筋混凝土异形柱自身特点。目前我国建筑行业中使用的钢筋混凝土具有四方面特点：
1、传统钢筋混凝土框架柱在施工过程中，其纵横交接处和其他延展方向存有凸角，这不仅仅影响建筑框架美观性，还会导致施工人员在进行框架施工时被划伤，增加高层建筑施工风险，而目前建筑施工中使用的钢筋混凝土异形柱能够有效改善上述问题，在施工时采取钢筋混凝土异形柱还能增加建筑物整体实用面积，全面提升建筑室内布置的灵活性。
2、大多数钢筋混凝土异形柱截面较为特殊，使得墙面和异形柱刚度不能够全面衔接，而且各个异形柱承载能力也存在些许差异，如果不按照相关规定进行钢筋混凝土异形柱设计，势必导致异形柱整体承载能力不符合建筑施工要求。因此，在高层建筑施工时，必须注重异形柱设置，全面提升异形柱结构的对称性，有效避免异形柱结构受力问题，使得提升建筑整体承载能力和抗震性能的目的全部落实。在进行异形柱平面布置时，可以在建筑中心部位布置异形柱，充分发挥异形柱自身优势。
3、传统框架柱在剪切和外界因素的影响下经常发生变形现象，不仅仅影响建筑物整体美观性，对建筑物自身质量和承载能力等方面都会产生严重的影响。而钢筋混凝土异形柱较为复杂，在异形柱剪切过程中，异形柱各个连接点能够有效转移柱身内力，而且在外界因素影响的条件下，异形柱各肢交点能够有效转移外界作用力，降低钢筋混凝土异形柱在使用过程中变形的可能。
三、异形柱的结构计算方法
1、直接计算法
根据国内外的部分试验结果，进行统计分析，拟合成经验公式。即按T型截面分别计算出纵向力作用于x轴及y轴，考虑相应的初始偏心距增大系数后，按仅考虑两对边纵向受力钢筋计算的偏心受压构件所能承载的纵向力Nx和Ny，然后以初始偏心距与截面边长的比值为参数进行修正。
2、等代矩形柱计算法
2.1将异形柱截面折算成惯性矩相等的矩形截面，且将等代矩形柱的形心置于异形柱两肢杆轴线的交点上。
2.2将其输入空间分析程序(如PKPM)进行位移和内力计算，可简化工作量。
2.3以上电算输出的是作用在等代矩形柱形心处的组合内力，需将其回归到各个单肢截面的形心处。这样每个单肢就可按其各自的组合内力进行正、斜截面的配筋计算。这种用面积等效换算作抗压抗剪分析的方法在工程中应用较多，但用这种方法计算时应明确的是：按矩形柱计算时得出的内力要转换到异形柱上断面形心的位置，然后按异形柱计算配筋；按矩形柱得出的轴压比应乘以矩形柱断面面积与异形柱断面面积之比值才是异形柱的轴压比。
3、先配筋再复核法
对于有经验的设计人员，在参考一些相关算例的前提下，可以先对异形柱配筋再复核截面就显得更为简便。截面复核时可分x轴和y轴均按T型截面分别复核。不论是哪种计算方法，都可以参考GB50010-2010混凝土结构设计规范有关偏心受压构件的内容来进行计算。
四、有关问题的探讨
1、位移
异形柱框架结构必须控制其水平位移，使其在正常使用条件下处于弹性状态，并有足够的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用条件。其位移的控制值可参照《混凝土异形柱结构技术规程（JGJ149-2006）》第4.4.1条、第4.4.2条规定。本工程计算结果，顶点位移与总层高之比m/H值最大为1/1593，均满足规范相应的限值。如位移的计算结果超过规范要求时，可以增设一定数量的剪力墙以增加其抗侧移的能力。
2、高厚比
如异形柱的截面尺寸过大，形成短肢，在地震作用下会形成剪切破坏；如异形柱截面尺寸过小，刚度太差，则柱的净高与截面长边之比不宜小于4且不大于8。基于这个原则，当本工程标准层层高2.8m、梁高400mm时，异形柱的最大肢长为600mm。最小为300mm；当底层层高取3.1m、梁高取400mm时，异形柱的最大肢长为675mm，最小为350mm。
3、肢长与肢宽比
《高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）》规定剪力墙墙肢截面高度与厚度之比不宜小于4；PKPM程序用户手册中规定异形柱的肢长与肢宽之比必须小于4，否则按剪力墙输入。对承受轴力较大的异形柱由于柱肢的宽度受到墙厚的限制，往往要求柱肢长度很大，才能满足轴压比的要求，当柱截面的肢长与肢宽之比大于4时，实际受力状态已为短肢剪力墙，应按剪力墙计算。短肢剪力墙的布置应使结构平面形状和刚度均匀对称，使整个房屋的抗侧刚度中心尽量靠近水平荷载合力的作用线，以免房屋发生扭转。根据以上要求，本工程的异形柱当肢宽为250mm时，肢的长度不宜超过750mm，当肢宽为200mm时，肢的长度不宜超过600mm。
五、混凝土异形柱框架结构与混凝土矩形柱框架结构在设计中的差异
1、对于相同烈度和结构类型的两种体系而言，异形柱结构适用的房屋最大高度有较大幅度的降低，结构弹性层间位移角限值、弹塑性层间位移角限值更加严格一些。
2、钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。对于相同烈度和结构类型的两种体系而言，异形柱结构抗震等级的确定方法更加严格一些，其在房屋高度的取值上降低了数值。
3、抗震设计时，异形柱结构在7度（0.15g）及8度（0.20g）时应对主轴45度方向进行验算，而混凝土结构仅要求有斜交抗侧力构件且相交角度大于15度时要求计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
4、抗震设计时，对于相同结构类型的两种体系而言，异形柱的轴压比限值根据异形柱不同的形式有相应的规定，但均比矩形柱有不小幅度的降低，意味着要求更加严格。
六、结束语
异形柱框架的设计必须满足位移、轴压比、高厚比、肢长与肢宽比等构造要求，其中，异形柱框架的最大适用高度由轴压比控制与柱网尺寸、结构自重、混凝土强度等级等因素有关，所以在工程方案阶段，要与建筑设计紧密配合，尽可能选择合理的柱网尺寸，选择重量轻、造价低的墙体材料。目前我院已经设计了多幢小高层及高层异形柱结构，各方面反映良好。
参考文献：
[1]陶乃臣.关于异形柱框架结构设计中的几个问题的思考[J].门窗.2014(01)
[2]黄启云.探析异形柱框架结构的设计要点[J].现代装饰(理论).2013(02)