淺談異形柱設計在建筑工程中的運用

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摘要：隨著社會的發(fā)展和科技的進步，居民對于住房的舒適、美觀要求越來越高，因此，應現(xiàn)代住宅建筑設計布局要求，將異形柱能代替矩形柱，便是這種講究中所產(chǎn)生的結構形式。本文認真分析了異形柱設計、計算方法和在建筑工程中的運用并提出了自己幾點看法。 

關鍵詞:異形柱；異形柱設計；運用  引言  近幾年來，隨著國家經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對建筑工程的要求越來越高。既要求室內(nèi)平面布置靈活適應性強又可兼顧采光外立面美觀。以往北方地區(qū)多層住宅建筑結構大多采用磚混這一傳統(tǒng)結構，受分隔規(guī)則、開間較小、可變性差等先天因素制約，磚混房屋無法滿足人們對建筑使用功能的不同要求。  混凝土異形柱結構是以t形、l形、十字形的異形截面柱代替一般框架柱作為豎向支承構件的結構,以避免框架柱在室內(nèi)凸出，少占建筑空間，改善建筑觀瞻，為建筑設計及使用功能帶來靈活性和方便性；同時結合墻體改革，采用保溫、隔熱、輕質、高效的墻體材料作為框架填充墻及內(nèi)隔墻，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燒結普通磚墻，以貫徹國家關于節(jié)約能源、節(jié)約土地、利用廢料、保護環(huán)境的政策。  一、異形柱的結構特點  (一)異形柱的結構。異形柱是除矩形柱和圓形柱以外的各種截面柱子的統(tǒng)稱，建筑工程上使用的異形柱一般有l(wèi)形柱、十字柱、t形柱、y形柱等幾種。異形柱的布置原則是使樓蓋分格區(qū)間的大小均勻，盡可能的減小各方向梁板的跨度。  (二)異形柱構造要求。異形柱構造應滿足現(xiàn)行國家施工規(guī)程、結構設計的基本要求。異形柱在結構上，應嚴格遵守國家規(guī)定的設計原則。力求結構平面整齊、剛度均勻，構件傳力明確，柱的軸壓比應滿足一定的要求。只有選型合理，設計構造符合規(guī)范要求，才能使異形柱在建筑工程中得到較好應用。  (三) 異形柱框輕結構平面布置原則：在異形柱結構的一個獨立結構單元內(nèi)宜使結構平面形狀和剛度均勻對稱，明顯不對稱的結構應考慮扭轉對結構受力的不利影響，異形柱框架應雙向設置，并宜縱向交聯(lián)；豎向布置原則：異形柱結構的豎向體型應力求規(guī)則、均勻,避免有過大的外挑、內(nèi)收以及樓層剛度沿豎向的突變。  二、異形柱的計算方法  對于多高層框架來說，對結構內(nèi)力分析影響最大的是柱子的形心主軸慣性矩，而截面面積和抗扭矩影響很小，因此只要保證將異形柱形心主軸慣性矩正確輸入電算程序中局部坐標系下的單元剛度矩陣，就能較準確地計算出異形柱框架的內(nèi)力和變形。為了使現(xiàn)有的高層結構分析軟件在計算異形柱框架時能夠反映這一要求，應該按照等效剛度的原則。  直接計算法。根據(jù)國內(nèi)外的部分試驗結果,進行統(tǒng)計分析，擬合成經(jīng)驗公式。即按t型截面分別計算出縱向力作用于x軸及y軸，考慮相應的初始偏心距增大系數(shù)后，按僅考慮兩對邊縱向受力鋼筋計算的偏心受壓構件所能承載的縱向力nx和ny，然后以初始偏心距與截面邊長的比值為參數(shù)進行修正。  先配筋再復核法。對于有經(jīng)驗的設計人員，在參考一些相關算例的前提下，可以先對異形柱配筋再復核截面就顯得更為簡便。截面復核時可分x軸和y軸均按t型截面分別復核。  二、異形柱在建筑工程中的運用  （一）異形柱的特點。 由于異形柱截面不等，使得墻肢平面內(nèi)外兩個方向剛度對比相差較大，導致各向剛度不一致，其各向承載能力不同；對于長柱(h/h>4)可以不考慮剪切變形的影響，控制軸壓比較小時，受力明確，變形能力較好。而對短柱(h/h<4)，剪切變形占有相當比例，構件變形能力下降；異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯；特別是異形柱不同于矩形柱，它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況，其延性更差。由國內(nèi)外大量的試驗資料和理論分析證明，異形柱的破壞形態(tài)為:彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等。  （二）異形柱的運用條件。鋼筋混凝土異形柱，是指截面形式除矩形、圓形以外的柱，如“t”形邊柱、“十”字形中柱、“l”形角柱等。鋼筋混凝土異形柱框架結構是指僅由異形柱作為豎向構件組成的結構體系。它的使用條件本著安全、技術先進、經(jīng)濟合理的設計原則，異形柱框架結構形式適用于地震烈度7度及以下地區(qū)的民用房屋，尤其適用于帶錯層越層的多層復雜住宅和小高層。  （三）由于在實際工作中，所布置的往往不全是異形柱，其中經(jīng)常會混合采用墻肢相對較長的剪力墻。在這類結構的計算模型輸入時，有的設計人員往往把異形柱按短肢剪力墻輸入，有的甚至將異形柱框架結構全部按短肢剪力墻輸入，這樣勢必造成一些計算誤差，而且發(fā)現(xiàn)有些構件的計算誤差會影響結構、構件的安全。不同的計算模型無論對異形柱結構體系的自振周期、結構側移，還是基底彎矩和剪力、梁柱內(nèi)力等都會產(chǎn)生很大的影響。  三、異形柱的運用總結  （一）隨著異形柱在工程中的應用推廣，有些人認為：既然有異形柱體系便應該是全部柱子均采用異形柱。其實，異形柱只是為了適應建筑上較高的使用要求而采用的，它多布置在建筑物的周邊，而中部仍然采用矩形柱較為安全合理。因此，異形柱框架結構并不僅僅是單指全部柱截面均為矩形截面。  （二）對框架結構，柱的延性對于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起著十分重要的作用，且軸壓比又是影響混凝土柱延性的一個關鍵指標。由試驗結構分析，柱的側移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降。在高軸壓比情況下，增加箍筋用量對提高柱的延性作用已經(jīng)很小，因而軸壓比大小的控制對柱的延性影響至關重要，特別是異形柱結構剪力中心與截面形心不重合，剪應力使混凝土柱肢先于普通矩形壓剪構件出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生腹剪破壞，加上異形柱多屬短柱，這些導致異形柱脆性明顯，使異形柱的延性普遍低于矩形柱，因而對異形柱的軸壓比要嚴格控制。  （三）由于在實際工作中，所布置的往往不全是異形柱，其中經(jīng)常會混合采用墻肢相對較長的剪力墻。在這類結構的計算模型輸入時，有的設計人員往往把異形柱按短肢剪力墻輸入，有的甚至將異形柱框架結構全部按短肢剪力墻輸入，這樣定會造成計算誤差，而且這些構件的計算誤差會影響倒結構、構件的安全系數(shù)。不同的計算模型無論對異形柱結構體系的自振周期、結構側移，還是基底彎矩和剪力、梁柱內(nèi)力都會產(chǎn)生很大的影響。  異形柱避免了框架柱在室內(nèi)凸出，少占建筑空間，改善建筑觀瞻，為建筑設計及使用功能帶來靈活性和方便性；同時結合墻體改革，采用保溫、隔熱、輕質、高效的墻體材料作為框架填充墻及內(nèi)隔墻，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燒結普通磚墻，貫徹了國家關于節(jié)約能源、節(jié)約土地、利用廢料、環(huán)境保護方面的政策，在當前具有非常重要的意義。  參考文獻：  [1] 田劍峰. 對異形柱結構設計的幾個問題的分析[j]. 四川建材, 2010,(02) .  [2] 葉靖, 葉勁彤. 淺談異形柱框架結構的設計[j]. 中國高新技術企業(yè), 2007,(05)  [3] 李曉靜. 異形柱結構受力分析與設計探討[j]. 中國水運(學術版), 2006,(04)  [4] 趙永生. 異形柱結構體系的應用及設計[j]. 科技創(chuàng)新導報, 2009,(17)  [5] 吳春萍,許有安. 異形柱結構在工程中的應用與分析[j]. 安徽建筑工業(yè)學院學報(自然科學版), 2008,(02) .