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1 異形柱設(shè)計的必要性

異形柱(specially shaped column)是一種用于建筑工程中的柱子，要求既能夠達到結(jié)構(gòu)剛度的要求和架構(gòu)承載力的要求，還要以建筑使用的功能為依據(jù)，根據(jù)建筑設(shè)計圖紙的布置要求來選擇形狀不同、截面不同的柱［1］。隨著房地產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，在我國各個城鎮(zhèn)上，不斷增加建設(shè)高層民用住宅，民用住宅對建筑平面的靈活性要求較高，并且要求建筑結(jié)構(gòu)具備良好的抗震性能，保障用戶的安全，這就需要利用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系。但是一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的框架柱通常是運用矩形斷面的方式，而且斷面的寬度要大于墻面的寬度，這就使柱子超出房間內(nèi)墻，從而形成墻角，不僅使房屋的美觀受到影響，還會為用戶帶來很多不便，并且減少了房間的可用空間，降低用戶的滿意度。為了使這個設(shè)計問題得到解決，設(shè)計人員開始采用鋼筋混凝土異形柱。而異形柱的使用能夠解決設(shè)計鋼筋混凝土框架體系中的問題。由于異形柱符合建筑結(jié)構(gòu)對剛度和強度的要求，設(shè)計人員根據(jù)房屋建筑的實際情況，將異形柱設(shè)計成T 形、Z 形、工字型等形狀，圖1 為幾種異形柱常見形狀。

圖1 異性柱的幾種形狀

異形柱的肢厚度是不相同的，需要結(jié)合建筑的實際需求，在民用多層住宅中，一般將異形柱肢厚度設(shè)計在180mm 至250mm 的范圍內(nèi)。如果是高層的辦公樓，樓層底部一般是用于商業(yè)商鋪，不能將柱肢的厚度設(shè)計的過大，一般控制在300mm 至500mm 之間，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的功能區(qū)分，來對異形柱進行設(shè)計，能夠防止在房屋建筑中利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，為工程建設(shè)降低了成本。

2 異形柱常用的加固方法及特點

綜合比較分析，增大截面加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、置換混凝土加固法等幾種常用加固方法(見表1)。

表1 常用的異形柱加固方法及特點

3 異形柱的計算分析

3.1 計算方法

對于烈度較低的地區(qū)，異形柱的截面對稱軸在水平力的作用下，一般設(shè)計為十字形，利用彈性分析的計算方法，計算出其翹曲應(yīng)力較小，相當(dāng)于其偏壓構(gòu)件受到水平力的影響，這時還可以依據(jù)平截面假定原理進行分析，根據(jù)混凝土的設(shè)計規(guī)范進行計算。在烈度較高的地區(qū)，水平力一般對異形柱的非主軸的方向產(chǎn)生影響，這時就需要注意其翹曲應(yīng)力，如果其平截面的假定出現(xiàn)很大的誤差時，就要利用有限元的分析方法對異形柱的結(jié)構(gòu)進行分析，以此來確定內(nèi)力的大小和配筋的位置。對內(nèi)力大小進行計算和對配筋多少進行計算，要利用具有計算功能的軟件進行，例如中國建筑科學(xué)研究院的TAT，SATWE 程序。

3.2 計算模型

在實際施工過程中，會布置很多的豎向構(gòu)件，這些豎向構(gòu)件中并不全都是異形柱，還會采用一些墻肢較長的剪力墻，這樣就形成一種特殊的結(jié)構(gòu)，即異形柱—剪力墻結(jié)構(gòu)。將計算模型輸入到這種結(jié)構(gòu)中，不同的人員會產(chǎn)生不同的結(jié)果，因為有的人員在輸入時會把短肢剪力墻也輸進去，就會造成一定的誤差。然而，結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)誤差，其穩(wěn)定性與安全性都會受到影響。

4 異形柱在房屋建筑工程中的應(yīng)用

4.1 異形柱的應(yīng)用特點

異形柱的截面并不都是一樣的，這就會造成墻肢平面內(nèi)部方向的剛度與外部方向的剛度會出現(xiàn)很大的差別，兩個方向的承載能力也就有所區(qū)別;如果異形柱在(H/h ＞4)范圍內(nèi)，可以不對剪切變形進行考慮。當(dāng)軸壓值很小時，說明其受力比較明確，有著良好的變形能力。如果異形柱在(H/h ＜4)范圍內(nèi)，就會受到剪切變形的影響，降低構(gòu)件的變形能力;變形能力降低，就會明顯的破壞脆性，尤其是異形柱的翼緣柱肢在壓力的影響下，其延性就會降低。根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)的試驗分析資料，異形柱受到破壞時呈現(xiàn)出的狀態(tài)主要為小偏壓破壞、彎曲破壞和壓剪破壞。

4.2 異形柱的應(yīng)用條件

鋼筋混凝土異形柱，其截面形式多種多樣，除了常規(guī)的圓形和矩形外，還有T 字形、L 形、十字形、工字型等等［2］。將異形柱作為豎向構(gòu)件形成的結(jié)構(gòu)體系被稱作鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有較多的優(yōu)點，如使用安全、技術(shù)比較先進、能夠合理的控制成本等，這種結(jié)構(gòu)能夠在地震烈度為7 度或者7 度以下的房屋建筑中使用，非常適合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多層房屋建筑。

4.3 異形柱應(yīng)用的注意事項

(1)異形柱框架結(jié)構(gòu)不是單指全部柱截面均為矩形截面。有的人以為異形柱體系中的柱子都是采用的異形柱，但實際上并不是這樣，建筑施工的要求較高時才會全部使用異形柱，異形柱在建筑中一般是布置在周邊的位置。

(2)梁柱鋼筋應(yīng)在柱頭處打折插入柱內(nèi)，以避免與柱主筋交叉。異形柱短邊的尺寸一般都比較小，在柱、梁的交接處對其進行布置有一定的困難。在施工時要克服此問題，一般都要在柱內(nèi)將打折的柱頭插進去，這樣可以有效避免柱主筋與異形柱出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。

(3)要注意柱的延性。柱的延性非常重要，能夠?qū)⒌卣鸬哪芰肯?，對框架的倒塌能夠起到防止作用。柱的延性受到軸壓比的影響，對異形柱結(jié)構(gòu)進行試驗，發(fā)現(xiàn)軸壓比越高，延性就越低。所以對軸壓比進行控制非常重要，異形柱結(jié)構(gòu)的剪力中心如果不能與截面的中心重合，混凝土柱肢很容易出現(xiàn)裂縫，明顯的降低了異形柱的脆性，要想控制異形柱的延性，就必須對軸壓比進行嚴(yán)格的控制。

4.4 異形柱的應(yīng)用舉例

4.4.1 異形柱在別墅住宅中的應(yīng)用［3］

(1)別墅概況:a.建筑層數(shù):地下1 層，地上3 層。b.基礎(chǔ)型式:人工挖孔樁，柱下獨立基礎(chǔ)，墻下條形基礎(chǔ)。c.結(jié)構(gòu)型式:異形柱結(jié)構(gòu)d.設(shè)計基本數(shù)據(jù)。e.建筑耐火等級:三級。f.結(jié)構(gòu)安全等級:二級。g.地基基礎(chǔ)設(shè)計等級:乙級。h.結(jié)構(gòu)合理使用年限:50 年。i.抗震設(shè)計參數(shù)。j.建筑抗震設(shè)防類別:丙類。k.地震設(shè)防烈度:6 度。

(2)此別墅所采用的異形柱截面型為L形、T形等。實踐證明，此別墅選型合理，內(nèi)力的計算結(jié)果非常精確，根據(jù)規(guī)范要求設(shè)計別墅的構(gòu)造，從而使得異形柱能夠很好的應(yīng)用到此工程中。

4.4.2 異形柱在某庭院的實際應(yīng)用

庭院概況:某庭院為多層異形柱框架結(jié)構(gòu)住宅，共-1 +6 層(-1為半地下自行車庫)。建筑工程抗震設(shè)防類別為丙類，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計分組:第一組;場地類別:Ⅱ類;特征周期Tg=0.35s，異形柱框架結(jié)構(gòu)抗震等級為四級。實踐證明，異形柱在該庭院中得到較好的的應(yīng)用。

5 結(jié)語

異形柱的產(chǎn)生猶如許多新生事物一樣，具有很強的生命力和競爭實力進入建筑市場。異形柱能夠使室內(nèi)框架柱防止出現(xiàn)凸出的現(xiàn)象，能夠使房屋建筑的觀瞻得到改善，使房屋建筑的設(shè)計更加靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)房屋建筑的各項使用功能;將墻體改革結(jié)合起來，需要采用良好的墻體材料，墻體材料需要具備輕質(zhì)、保溫、隔熱的性質(zhì)，即符合節(jié)約能源和土地的要求，又能對廢料進行合理利用，還能保護環(huán)境，在房屋建筑工程中的應(yīng)用具有重要意義。

［1］魏山山.型鋼混凝土L 形短肢剪力墻承載力性能分析研究［D］.南昌大學(xué)，2010.

［2］侯曉曦.L 形鋼骨混凝土異形柱受力性能研究［D］沈陽建筑大學(xué)，2011.

［3］秦雪濤.異形柱在別墅住宅中的應(yīng)用［J］.科技信息，2008，29∶442-443.