论文导读：本工程在控制结构自振周期时考虑到墙体门窗洞开设面积较大，取基本自振周期折减系数为0.7，即用弹性理论计算的周期控制在1.16/0.7=1.66s以下。
关键词：结构平面布置，结构自振周期，计算程序输入要点
异形柱结构是我国自主创新的一种结构体系。是根据建筑设计对建筑功能及建筑布置的要求，在结构不同部位采取不同形状截面的异形柱，异形柱的柱肢厚度及梁宽度与框架填充墙协调一致，避免框架柱在屋角凸出而影响建筑观瞻及使用功能。而住宅等民用建筑要求大开间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等。异形柱结构较好地满足了现代住宅建筑的要求，因而被广泛的应用于住宅、宿舍等民用建筑中。发表论文。异形柱框架结构体系可以用于八~十二层小高层住宅建筑(七层以下的住宅大多采用砖混结构)。目前常用TBSA、SAP84、
PK-PM等空间结构分析程序对该体系进行结构分析。
图1 结构标准层平面图
1、工程概况
该住宅楼共十一层，每层两个单元；设电梯一部。抗震按7度设防；基本风压0.55kn/m2。由于场地狭小且不规则，根据建筑平面布置及层数的要求，我们采用了异形柱框架结构体系（见图1）。发表论文。本文是该体系在本工程的实际应用总结及体会，可供同类工程设计参考。
2、基础设计
本工程建设场地位于沈阳市区，地形平坦，场区地貌属于浑河冲积阶地。据野外钻探揭露场地地基主要由第四系地层组成，场地土岩性特征依次为：杂填土、粉质粘土、细砂、中砂、中粗砂、砾砂，钻探未及基岩，最大钻孔深度为25m；
场地地下水为孔隙潜水类型，稳定水位埋深为6.1～7.5m。综合分析地质条件、结构荷载结合本地施工特点，采用人工挖孔灌注桩基础，桩端持力层为砾砂层，桩长约7.5m，桩端持力层为中、粗砂层，桩端进入持力层深度为1.0m，桩端阻力特征值qpa=1536Kpa。
考虑桩间距及柱距，本工程采用单柱承台及双柱承台，根据PK-PM系列中的SATWE后处理—图形文件输出的底柱、墙最大组合内力简图，分析得出各底柱最大荷载设计值，依次设定单柱承台的桩型尺寸直径800mm、1200mm、1400mm、1600mm，双柱承台的桩型尺寸直径2400mm、2600mm、2900mm，根据《辽宁省建筑地基基础技术规范》（DB21/907-2005）计算得出各直径桩的竖向承载力，满足上部结构传递的荷载。
3、上部结构设计
3.1结构平面布置
异形柱截面有较大的侧向刚度。为方便、经济，本工程异形柱采用了隔开间设置。这种布置方式下框架梁均采用500mm～600mm高，既满足了梁截面高度的最小高跨比，同时该梁又兼作窗过梁。柱数量减少后也使得部分桩基承台可设计成独立承台，从而降低了基础造价。
3.2结构自振周期
在异形柱截面满足柱轴压比要求的前提下，可以通过调整异形柱截面的大小来调整结构的自振周期，使结构的自振周期满足高层规范规定的范围。按文献〔1〕的有关公式计算控制适宜自振周期为小于1.16s，这样的结构比较经济合理。抗震规范规定需要考虑非结构构件等的影响对按弹性理论计算的周期予以折减，因为在程序计算时只计算了梁、柱、剪力墙的刚度并得到计算周期，而实际周期比计算周期小，如以计算周期按规范方法计算地震力，地震力会偏小，使结构分析偏于不安全。高层规范规定框架结构的基本自振周期折减系数为0.6～0.7，框-剪结构的基本自振周期折减系数为0.7～0.8。本工程在控制结构自振周期时考虑到墙体门窗洞开设面积较大，取基本自振周期折减系数为0.7，即用弹性理论计算的周期控制在1.16/0.7=1.66s以下。发表论文。在进行异形柱框架结构的变形控制分析时，没有考虑空心砖填充墙的刚度影响，这样偏于安全（参考文献〔2〕）。
3.3结构计算
3.3.1计算程序及输入要点
本工程计算程序采用PK-PM系列，其中用PMCAD建模，用空间有限元分析软件SATWE进行内力分析及配筋。在使用PMCAD建模时，异形柱的截面定义和布置有一些技巧，可见参考文献〔3〕。对肢长h大于4倍肢宽bw的异形柱在输入时应加以注意，参见参考文献〔4〕。为便于与高层规范衔接与统一，对h<3bw的墙肢建议以异形柱的型式输入，对h>3bw的墙肢建议以墙元型式输入。
3.3.2计算结果
SATWE结构分析
| 地震设防烈度 |
7度 |
地基土类别 |
Ⅱ |
基本风压值 （kn/㎡） |
0.55 |
荷载 组合 |
恒+活+地震力 |
| 方向 |
周期（s） |
底部剪力（kn） |
剪力 系数 |
最大层间位移 |
顶点位移 |
| 计算 |
实测 |
地震 |
风荷 |
d(mm) |
d/h |
D(mm) |
D/H |
| X |
1.041 |
/ |
1111.5 |
510.6 |
2.89% |
1.28 |
1/2187 |
9.67 |
1/290 |
| Y |
1051.7 |
707.8 |
2.67% |
1.17 |
1/2393 |
11.84 |
1/237 |
| 地震力计算方法 |
采用总刚模型并考虑扭转藕联的振型分析法 |
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4 结语
(1) 通过本工程的设计可以看出，异型柱框架结构有较好的侧向刚度，一般侧向变位较小，提高了结构舒适度，但同时带来了地震力加大。对非矩形柱的抗震能力在目前还未研究清楚前，建议适当加大地震力并对异型柱予以加强，控制轴压比，适当提高柱配筋率以提高结构的延性。目前纯异形柱框架结构不应用于十二层以上的建筑。
(2) 为使结构有较好的经济性，建议选择合理的结构周期，以周期及柱轴压比这两个双控条件来计算柱断面尺寸。设计时一般需反复调整柱断面尺寸，利用程序多次试算才能得到比较理想的效果。
(3) 为保证梁板对异型柱的约束，梁板均应现浇，对结构薄弱部位的楼板还应加厚并配置双层钢筋。
(4) 异型柱框架的基础设计无特别要求，可同一般框架基础设计。合理应用PK-PM系列中的JCCAD可满足设计要求。
参考文献
⑴ 魏琏主编.高层及多层钢筋混凝土建筑抗震设计手册.地震出版社,1990.
⑵ 曹万林等.轻质填充墙异形柱框架结构层刚度及其衰减过程的研究.建筑结构学报,1995⑽
⑶ 罗楚沥.钢筋混凝土框架异形柱在PM中的输入技巧.PKPM新天地，1999⑸
⑷ 邵弘等.在PKPM系统中异形钢筋混凝土柱的设计.PKPM新天地，1999⑶
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