建筑異形柱結構的配筋設計分析

吳海強

博羅縣建筑設計院

建筑異形柱結構的配筋設計分析

吳海強

博羅縣建筑設計院

伴隨著我國經濟的不斷發展，當前建筑業呈現出一片蓬勃的景象，更多新的特點顯現，很大程度上解決了由于人口眾多而出現的土地匱乏問題，建筑的外觀也越來越多樣化和復雜化，于是異形柱結構應運而生。這種新型的結構既滿足了建筑外觀與空間上的需求，還確保其穩定與安全，成為受到當代人喜愛的建筑結構。本文對建筑異形柱結構配筋設計進行分析。

建筑異形柱結構;配筋設計

1 引言

在城市化發展進一步推進的社會背景下，當前的城市建筑發展空間得到深度挖掘，逐漸滿足人們在建筑功能、外觀以及空間分布等方面的要求，其中廣受人們喜愛的是異形柱結構。但由于這種結構起步時間較晚，在受力特點或設計應用等方面都沒有進行深入的分析應用，筆者結合多年的工作實踐經驗對此進行分析。

2 建筑異形柱結構的基本設計與特點分析

當前的建筑異形柱結構是指截面和常規截面不同的柱體結構形式，比較常見的截面形狀有L形、T形、十字形，截面各肢高厚的比值不超過4，肢厚保持與墻面的厚度相同，對應的高不超過500mm。另外，如果異形柱結構各肢的長度相同，還可以將其分為等肢與不等肢，等肢更適合在抗震的建筑設計中，應用等肢能夠很好地符合建筑物功能以及各空間分布等多方面的要求，但必須建立在符合結構剛度以及對應承載力的基礎上。總結異形柱結構的特點，主要有以下幾點：（1）因為異形柱肢厚與柱肢高厚并不相同，所以其抗扭性不高，如果應力主要在相交處集中，那么很容易導致嚴重的變形，所以平面壓力的布置必須簡單而對稱，特別要求是質量、剛度和承載力相同之處，對齊拉通縱橫向框架柱，才能使得在地震發生時扭轉效應得以有效降低。另外，還要對部分的剪力墻和框架柱的薄弱部分進行合理布置，如果異形柱結構無規則，那么要求結合《混凝土異形柱結構技術規程》的相關要求進行布置；（2）異形柱結構肢厚度并不大，相比于普通的矩形柱體，其延性不夠，而軸壓比則會直接影響異形柱的形態。大多數的異形柱形態是多肢體，因此難以重合剪力中心和截面的形心，不同的柱肢都要同時承受剪應力與正應力，因此在剪應力的作用下，異形柱結構很容易導致腹剪裂縫，于是其具備了脆性的特點，變形的能力也明顯不如普通的矩形柱更高。相對于《混凝土異形柱結構技術規程》，其嚴格地限制了異形柱軸壓的比限制，這也明顯比《建筑抗震設計規范》更為嚴格。在對異形柱結構的建筑工程進行設計時，要嚴格根據規程的具體要求控制好軸壓比，盡可能減小異形柱出現裂縫情況的比例，最大程度提高異形柱的變形能力，從而達到抗震標準；（3）因為異形柱結構截面的形狀和矩形柱截面的形狀并不相同，所以在雙向偏心壓力的作用下部能與彎矩作用位置相互垂直，更是無法與截面的邊緣平行，因此一旦混凝土強度的等級、截面的尺寸以及配筋等因素影響作用下出現位置上的偏移變化，那么異形柱的受力性在雙向偏心壓力的力度下將更復雜[1]。其優點表現為：柱肢基本與填充墻厚度相等，室內不會出現，確保了布置的靈活性，也一定程度上增加使用的面積；不同結構適用高度也各不相同，對結構的要求比對普通柱體結構更為嚴格[2]。

3 建筑異形柱結構配筋設計研究

3.1 設計要點小結

異形柱結構與普通矩形柱的不同點表現在前者的結構特點更為明顯，其結構在易發生地震的設防區域中區別更大，常常因為地震或風荷載等水平荷載的作用而使其不對稱截面形成雙向偏心受壓的情況，于是嚴重影響結構構件承載能力的變化[3]。因此，這種結構在進行設計的同時，必須要緊密結合空間體系進行考慮，特別是要對其結構內力和位移變化進行計算與分析，采用的計算軟件和程序主要是自帶異形柱單元，本質上不同的結構無法相提并論，因為結構不同，本質不同，受力的狀態也有較大程度的差異，所以對設計進行計算不容易保證合理性與絕對的安全性，設計人員必須充分考慮到這些問題，保證設計的合理規范。

如果沒有為相關的設計人員提供設計程序與軟件，那么也可以采用薄壁桿件模型對異形柱結構進行等效處理，從框架設計的方面看，可以采用等效折算的方式處理異形柱結構構件剛度，比如通過自帶異形柱單元設計軟件對異形柱結構的內力和位移等元素進行計算分析，實現替代普通框架結構的等效折算數據。但是工作人員需要引起注意的是，異形柱軸壓比并不是在進行了等效折算后普通矩形柱框架結構軸壓比，因為異形與矩形面柱的剛度相等的情況下，異形柱面的面積比矩形面柱的面積更大，通常介于1.1：1或1.3：1之間[4]。對實際的情況進行計算時，要想獲取正確軸壓比，更是要擴大矩形柱和異形柱煮面面積的比值，才能進行下一步計算。

3.2 取最小總配筋率

在截面內受力縱筋的比例為總配筋率，那么異形柱在取其總配筋率的對應值時，要提高肢端配筋率，并結合實際工程的具體情況取其最小值。

3.3 配筋的設計

首先，如果是同一截面框架柱的設計，可以采用相同直徑為14mm～25mm范圍內的鋼筋作為縱向受力鋼筋，在間距超過了250mm以后，就要設置縱向構造筋，確保其直徑必須超過12mm，并且注意設置拉筋，間距為對應比較物截面厚度的兩倍。如果間距不超過200mm，那么在每排則不能設置超過2根的縱向受力鋼筋，對應的長度必須超過135mm，并保證彎鉤的斷頭直段長度在10al以上。

其次，在對框架節點進行設計時，如果異形柱肢寬與等框架梁截面的寬度相同，或是在其寬度每側凸出不超過邊柱的50mm，那么在梁四角邊上的縱向受力鋼筋必須設置超過800mm的立柱邊，如果坡度滿足了不超過二十五分之一的要求，那么框架的節點需要彎折伸入縱向柱筋，但是要注意無論任何一側凸出都要超過柱邊的50mm，縱向受力鋼筋伸入梁柱節點中則可以直接在側梁角位置從外側方向深入肢柱筋。

最后，在連接柱與填充墻時，比較常用的技術為輕質墻體材料的連接，在進行砌體填充墻連接時，在與框架的連接位置必須沿著500mm砌體高度進行對應倍數鋼筋柱拉結，還要注意在柱每邊伸出能夠進入到墻內的鋼筋，保證其進入長度，沿著填充墻全長設置Ⅱ、Ⅲ級抗震，對應的長度不能比填充墻長度的五分之一少。

3.4 其他要點補充

因為施工現場受到多種因素的影響，因此要注意鋼筋材料的選擇，具體的要求根據實際情況決定，當前大多采用HRB400鋼筋。另外，在對梁板和柱進行設計時，混凝土強度等級是C30與C35，這個要求與混凝土異形柱結構一樣。如果要達到不規則結構的抗震設計要求，，那么對應的水平位移平均值確定為1.22，即樓層豎向構建最大水平和兩端彈性水平、層間位移的比值為1.22，這個值比上述的1.45值更小，因此要求也相對較小，以實現扭轉的效應。在對梁、柱的截面構造進行設計時，要求異形柱面肢厚設計保持在200mm～300mm范圍內，確保肢高超過500mm，對應的框架梁面的高度在進行設計時要考慮在400mm以上，因此，設計過程中就要保證柱面與梁面寬度相同。

4 結束語

綜上所述，建筑異形柱結構應該是當前我國建筑市場上應用最為廣泛的一種建筑結構，其還具備了非常廣闊的發展前景，遠比普通混凝土矩形柱的發展潛力更大更廣。因此，從事建筑設計的工作人員需要針對當前的發展形勢審時度勢，將建筑用戶需求與行業發展相結合，全面深入地了解異形柱結構知識，特別是關于控制影響結構破壞的相關理論，并從理論知識中分析各種軟件建模的數據與信息，最終保障自己的建筑作品實現美觀與使用的市場要求。

[1] 詹忠綺.高層建筑短肢剪力墻與異形柱結構受力分析與設計[J].工程設計,2016,12(26):216～217.

[2] 孔令倉.框支短肢剪力墻結構布置及落地墻抗震性能的研究[D].西安建筑科技大學,2014,12(11):28～29.

[3] 梅神兵,李學芳.建筑異形柱結構配筋設計研究[J].江西建材,2015,17(170):28～29.

[4] 李景,余文琪.芻議建筑異形柱結構設計配筋[J].低碳世界,2014,12(16):256～257.