【摘 要】中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程推進(jìn)城市住宅建設(shè)的發(fā)展。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)具有不凸出墻面的優(yōu)點(diǎn)，而且在房間的布置的過程中不必考慮墻面的處理，擺放家具具有隨意性，因此在目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被廣泛使用。本論文針對(duì)住宅建筑異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探究。

【關(guān)鍵詞】住宅建筑；異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)；框架結(jié)構(gòu)

建筑構(gòu)造采用普通的框架結(jié)構(gòu)，梁柱會(huì)在房屋的墻面上凸顯出來，妨礙的美觀，而且為房屋的裝修設(shè)計(jì)帶來了諸多的不便，更重要的是在房屋裝修中提高了成本。鑒于普通的框架結(jié)構(gòu)對(duì)于建筑平面和空間存在著局限性，而且影響到房屋的分隔，因此而逐漸被淘汰。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，使用異型結(jié)構(gòu)，可以很好地解決傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)的問題，其不會(huì)凸出墻面，因此在家具的布置和空間視覺效果上都較為理想。

一、異形結(jié)構(gòu)柱及其受力特點(diǎn)

（一）異形結(jié)構(gòu)柱的概念

異形結(jié)構(gòu)柱區(qū)別于矩形柱，從建筑結(jié)構(gòu)上來看，其是借鑒剪力墻設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變而來的。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采用了組合截面柱，以確保構(gòu)造的強(qiáng)度和延展性。在建筑框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常用的異形結(jié)構(gòu)柱有十字形、L 形、T 形和Z 形，柱肢截面中各肢的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為：肢高與肢厚均小于（等于）4。在異形結(jié)構(gòu)柱的使用上，墻的轉(zhuǎn)角部位多使用L 形的異形結(jié)構(gòu)柱，在縱橫墻的交接處，通常會(huì)選用十字形或者T 形的結(jié)構(gòu)柱。柱肢的寬度要等同于填充墻體的厚度，寬度要小于0.30m標(biāo)準(zhǔn)寬度界定在0.20m至0.25m范圍內(nèi)。如果肢長(zhǎng)較大，在柱肢的寬度設(shè)定上要選擇0.60m至0.80m的寬度。

（二）異形結(jié)構(gòu)柱的受力特點(diǎn)

異形結(jié)構(gòu)柱的柱截面存在著自身的特點(diǎn)，并不會(huì)因?yàn)橛杉袅D(zhuǎn)變而來而完全帶有剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，也不會(huì)與普通的框架結(jié)構(gòu)相似。

首先，由于異形結(jié)構(gòu)柱截面設(shè)計(jì)上的特殊性，會(huì)導(dǎo)致墻肢平面向內(nèi)的剛度和向外大剛度差距拉大的情況下，形成了各向的剛度出現(xiàn)了不一致的現(xiàn)象，因此不同方向的承載力也會(huì)有所不同。

其次，異形結(jié)構(gòu)柱屬于多肢結(jié)構(gòu)，剪切中心在受力的時(shí)候，要使變形力和內(nèi)力得以協(xié)調(diào)，就要依賴于各個(gè)柱肢之間的交點(diǎn)處來實(shí)現(xiàn)，從而使各個(gè)柱肢當(dāng)中都出現(xiàn)了一定程度的剪應(yīng)力和翹曲應(yīng)力。這種現(xiàn)象的存在，很容易導(dǎo)致柱肢出現(xiàn)破裂，使得核心砼處出現(xiàn)了三向剪力狀態(tài)，導(dǎo)致異形結(jié)構(gòu)柱出現(xiàn)了明顯的脆性破壞。出現(xiàn)這種狀況的主要原因，就是異形結(jié)構(gòu)柱的剪切中心往往并不處在結(jié)構(gòu)柱的平面范圍內(nèi)。

再次，與矩形柱有所不同，異形結(jié)構(gòu)柱具有較差的延性，主要是基于其在受力的時(shí)候，會(huì)有單純翼緣柱肢受壓的狀況存在。異形結(jié)構(gòu)柱遭到破壞是在荷載角、剪跨比、軸壓比、箍筋間距（ S ）與縱筋直徑（D）之間的比值和配箍率等等因素的促動(dòng)下形成的，其所呈現(xiàn)出來的形態(tài)為彎曲破壞、壓剪破壞以及小偏壓破壞等等。在實(shí)際應(yīng)用中，受力的性能會(huì)更為復(fù)雜，那么在設(shè)計(jì)中就要多方面因素考慮，建筑異形結(jié)構(gòu)柱面布置合理，在計(jì)算程序和結(jié)構(gòu)措施上，都要選取得當(dāng)?shù)姆椒ǎ源_保建筑異形結(jié)構(gòu)柱的承載力。

二、住宅建筑采用異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)原則

目前城市建筑鱗次櫛比，以高層建筑為主。建筑框架結(jié)構(gòu)采用異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)，在高層建筑中要受到局限。安全起見，框架結(jié)構(gòu)的層數(shù)低于12層的小高層建筑最宜采用異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑筑的平面布置，在不對(duì)稱結(jié)構(gòu)上，考慮到出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)后對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不利的影響，因此采用異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)，要確保平面結(jié)構(gòu)的形狀和剛度都均勻?qū)ΨQ。采用異形柱框架柱網(wǎng)要掌握好尺寸設(shè)計(jì)，框架梁采取雙向設(shè)置，或者在一些承載較為脆弱的位置增設(shè)暗梁，并進(jìn)行局部板加厚等加強(qiáng)處理措施，因此，對(duì)于豎向結(jié)構(gòu)進(jìn)行異形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并盡量均勻，否則，很有可能會(huì)出現(xiàn)樓層剛度豎向不均勻而導(dǎo)致突變，或者是外挑內(nèi)收的現(xiàn)象發(fā)生。

關(guān)于抗震作用的計(jì)算方法，異形結(jié)構(gòu)柱的高度如果低于40米，就要采用剪切變形的方法。當(dāng)異形結(jié)構(gòu)柱具有均勻的質(zhì)量和剛度的時(shí)候，可以采用底部剪力法。

異形柱框架結(jié)構(gòu)中關(guān)于內(nèi)力和位移的計(jì)算，要考慮各個(gè)抗側(cè)結(jié)構(gòu)，因此可以按照彈性方法進(jìn)行計(jì)算。在異形結(jié)構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，可以采用計(jì)算機(jī)分析方法，基于計(jì)算機(jī)虛擬空間設(shè)置，協(xié)同平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。此外，在異形結(jié)構(gòu)柱框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析上，構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)應(yīng)選取內(nèi)力最不利組合作為參考，其中還要考慮地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)。

三、異性結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)在住宅建筑中的應(yīng)用

（一）工程實(shí)例

某高校七層宿舍樓建筑設(shè)計(jì)為框架結(jié)構(gòu)，建筑主體結(jié)構(gòu)的高度為20米。宿舍樓長(zhǎng)為32米，寬13米，總建筑面積大約為1890平方米。建筑物框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為二級(jí)的安全等級(jí)，抗震設(shè)防度為7度，丙類。建筑框架的抗震等級(jí)為三級(jí)，50年的設(shè)計(jì)使用年限。從建筑物所在場(chǎng)地來看，地面粗糙度為B類，場(chǎng)地的類別屬于Ⅱ類，地震加速度值界定在 0.10g，采用C40混凝土強(qiáng)度等級(jí)。

（二）建筑異性結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)計(jì)算

在建筑異形結(jié)構(gòu)柱的設(shè)計(jì)上，與矩形截面柱有所類似，對(duì)于中長(zhǎng)柱設(shè)計(jì)主要采用的計(jì)算方法為初始偏心距乘以偏心增大系數(shù)ηb。但是從普遍使用的程序計(jì)算方法來看，很多的建筑框架結(jié)構(gòu)依然考慮矩形柱截面的計(jì)算，因此，要對(duì)于異性結(jié)構(gòu)柱進(jìn)行技術(shù)處理，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)軟件的使用要求。

1.將柱肢切分為多個(gè)矩形段進(jìn)行計(jì)算

首先是進(jìn)行整體分析。在空間結(jié)構(gòu)體系中，將異形結(jié)構(gòu)柱的主形心慣性矩求出來，然后運(yùn)用材料力學(xué)公式將該截面在主軸的慣性矩和方向角計(jì)算出來，并求出主軸和梁的單元?jiǎng)偠?。以各?xiàng)計(jì)算結(jié)果為參考進(jìn)行建筑異形結(jié)構(gòu)柱的整體分析。之后，運(yùn)用材料力學(xué)公式得出作用于異形結(jié)構(gòu)柱截面上每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)力，使用數(shù)學(xué)積分的方式將每一段柱肢發(fā)生在平面內(nèi)的彎矩、軸力和剪力計(jì)算出來，按照對(duì)稱筋的方法，得出配筋的計(jì)算結(jié)果。

2.將異形結(jié)構(gòu)柱等效轉(zhuǎn)換為矩形柱

（1）按照一個(gè)方向剛度轉(zhuǎn)換，剛度相等、面積相等

對(duì)于平面布置結(jié)構(gòu)，如果布置規(guī)整，而且可以形成橫向的平面框架，那么異形結(jié)構(gòu)柱等效轉(zhuǎn)換為矩形柱，可以按照橫向平面內(nèi)所存在的等同的慣性矩和相等面積的正截面進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這種計(jì)算方法通常誤差會(huì)控制在5%以內(nèi)。

（2）按照兩個(gè)方向剛度相等轉(zhuǎn)換

隨著住宅建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，建筑結(jié)構(gòu)柱幾乎都沒有形成完整的平面框架，異形結(jié)構(gòu)柱所呈現(xiàn)出來的兩個(gè)方向的彎度無法進(jìn)行主次判斷，而且主彎曲的方向有所不同，此時(shí)，對(duì)于異形結(jié)構(gòu)柱的計(jì)算應(yīng)該考慮到雙向偏心受壓狀況。

（3）建筑異形結(jié)構(gòu)柱的抗震性能

對(duì)于建筑異形結(jié)構(gòu)柱的抗震性能進(jìn)行分析，要從整體方面進(jìn)行綜合考慮，通常所采用的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為異形截面柱和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，變形特征接近于普通矩形截面柱。然而斜截面的抗剪承載力會(huì)在翼緣的作用下比矩形截面柱高出一些，導(dǎo)致了建筑框架結(jié)構(gòu)的整體剛度增大，側(cè)移效果降低。從整體的抗震效果上來看，由于自振周期變短而加大了水平地震的作用力，但基于剛性結(jié)構(gòu)良好，因此抗震性并不會(huì)受到較大的影響。

結(jié)論：

綜上所述，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑業(yè)興起，人們生活水平提高的同時(shí)，對(duì)于住宅建筑的質(zhì)量要求已經(jīng)從基本的功能性上升到審美層次。與砌體結(jié)構(gòu)相比，建筑異形鋼具有良好的抗震能力和結(jié)構(gòu)延性，而且能夠改善房屋的使用條件，因此在建筑領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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