住宅建筑異形結構柱設計方法研究

蘿北縣城鎮建設管理處 154200

摘要：本文主要從異形結構柱受力的特點展開分析，并針對住宅建筑異形結構柱的設計原則進行分析，通過對實例工程的探究，來充分的了解住宅建筑異形結構柱設計的具體方式，希望通過本文的探究，能夠為相關的人員提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：住宅建筑；異形結構柱；設計方法

一般來說，住宅建筑中采用的最多的結構形式就是框架結構。這樣的結構形式，會使得墻面上凸顯出來梁柱，使得住宅建筑的外觀美觀性降低，在對住宅建筑實施設計的過程中，該結構形式也會對其產生不良的影響，同時會使得施工的整體成本提高，不利于建筑經濟價值的體現。在城市建筑結構形式逐漸呈現多樣化的發展趨勢后，框架結構逐漸被取代，而在目前的住宅建筑中，采用的較多的結構形式就是異形結構，這種結構形式彌補了框架結構的不足，在住宅建筑設計中有著廣泛的應用價值。下面本文就主要針對住宅建筑異形結構柱設計方法進行深入的探究。

1、異形結構柱受力特點

首先，由于異形結構柱截面設計上的特殊性，會導致墻肢平面向內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了不一致的現象，因此不同方向的承載力也會有所不同。

其次，異形結構柱屬于多肢結構，剪切中心在受力的時候，要使變形力和內力得以協調，就要依賴于各個柱肢之間的交點處來實現，從而使各個柱肢當中都出現了一定程度的剪應力和翹曲應力。這種現象的存在，很容易導致柱肢出現破裂，使得核心砼處出現了三向剪力狀態，導致異形結構柱出現了明顯的脆性破壞。

再次，與矩形柱有所不同，異形結構柱具有較差的延性，主要是基于其在受力的時候，會有單純翼緣柱肢受壓的狀況存在。異形結構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下形成的，其所呈現出來的形態為彎曲破壞、壓剪破壞以及小偏壓破壞等等。在實際應用中，受力的性能會更為復雜，那么在設計中就要多方面因素考慮，建筑異形結構柱面布置合理，在計算程序和結構措施上，都要選取得當的方法，以確保建筑異形結構柱的承載力。

2、住宅建筑采用異形結構柱設計原則

目前城市建筑鱗次櫛比，以高層建筑為主。建筑框架結構采用異形結構柱設計，在高層建筑中要受到局限。安全起見，框架結構的層數低于12層的小高層建筑最宜采用異形柱框架結構設計。建筑筑的平面布置，在不對稱結構上，考慮到出現扭轉后對于建筑結構會出現不利的影響，因此采用異形結構柱設計，要確保平面結構的形狀和剛度都均勻對稱。采用異形柱框架柱網要掌握好尺寸設計，框架梁采取雙向設置，或者在一些承載較為脆弱的位置增設暗梁，并進行局部板加厚等加強處理措施，因此，對于豎向結構進行異形結構設計，要按照有關標準設計，并盡量均勻，否則，很有可能會出現樓層剛度豎向不均勻而導致突變，或者是外挑內收的現象發生。

在異形結構柱結構的設計上，可以采用計算機分析方法，基于計算機虛擬空間設置，協同平面抗側力結構。此外，在異形結構柱框架結構的內力分析上，構件截面的設計應選取內力最不利組合作為參考，其中還要考慮地震作用效應和荷載效應。

3、住宅建筑中異形結構柱的設計方法

3.1工程概況

某住宅建筑為學生宿舍樓，其采用得結構形式為框架結構。樓層主體的高度達到了22m，該宿舍樓的長度則為33m，寬度為14m，建筑的總面積為1920㎡，該建筑的框架結構安全等級最初設定為二級。其抗震等級則設定三級。屬于丙類抗震結構。該建筑的設定使用年限為50年。而就該建筑所位于的區域來進行分析，該地區的地面粗糙度達到了B等級，而且場地的類別則為Ⅱ級，該區域的地震加速值可以達到0.01g，其施工采用的混凝土強度等級為C40。

3.2該住宅建筑異形結構柱設計部分計算分析

其實，異形結構柱與矩形截面柱在設計上有著一定的相似性，在對中長柱實施設計的過程中，需要合理的選用相應的計算方式，而最佳的計算方式就是將偏心距與偏心增大系數相乘，得到系數值hb。然而，就現階段較為常見的程序計算方式來進行分析，大部分的建筑框架結構均需要合理的參照矩形柱的截面來進行計算，所以，在對異形結構柱實施計算前，要采取相關的技術措施進行處理，并選取適宜的計算軟件，以滿足住宅建筑異形結構柱設計的標準化要求。

（1）合理的針對劃分為多個矩形段的柱肢實行計算

從整體的角度來進行分析，依據空間結構體系來進行異形結構柱主形心的慣性矩具體數值的計算，合理的根據力學公式來求得截面主軸的慣性矩具體數值以及方向角度數值，同時針對主軸以及梁剛度實施計算，將各項計算結果作為重要的參考數據，在此基礎上，實現對住宅建筑異形結構柱的整體研究。然后，就可以針對力學公式來實現對異形結構柱截面上各個點位應力值的計算，采用數學積分的理論公式，來計算出每一個異形結構柱肢所能夠產生的最大彎矩和所能夠承受的剪力，然后利用對稱筋的方式，來實現對配筋的準確計算。

（2）有效的針對異形結構柱濟與矩形柱進行等效轉換

首先，在轉換的時候，需要將剛度控制為的一個方向，同時要保障剛度值與面積處于相等的局面。在針對平面結構實施布置的過程中，要想能夠確保結構布置的規整性，就需要合理的將異形結構柱與矩形柱之間進行轉換，嚴格的依照平面設計的要去，在等量的基礎上，有效的進行慣性矩和等面積的轉換，然后進行計算。這樣的計算方式一般來說，會將誤差縮減到5%范圍內。

其次，按照兩個方向剛度相等轉換。隨著住宅建筑設計的復雜化，建筑結構柱幾乎都沒有形成完整的平面框架，異形結構柱所呈現出來的兩個方向的彎度無法進行主次判斷，而且主彎曲的方向有所不同，此時，對于異形結構柱的計算應該考慮到雙向偏心受壓狀況。

最后，建筑異形結構柱的抗震性能。對于建筑異形結構柱的抗震性能進行分析，要從整體方面進行綜合考慮，通常所采用的框架結構設計為異形截面柱和框架-剪力墻結構，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在翼緣的作用下比矩形截面柱高出一些，導致了建筑框架結構的整體剛度增大，側移效果降低。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，但基于剛性結構良好，因此抗震性并不會受到較大的影響。

4、結束語

通過本文的分析可以了解到，在經濟高速發展的同時，建筑行業也得到了極大的發展，建筑行業在發展的過程中，人們對于住宅建筑的質量更加的關注。不僅需要建筑具備相應的性能，同時也需要建筑具備較強的美觀性。相較于傳統的砌體結構來說，異形結構柱的應用更加具有優勢，合理的對該結構柱展開設計，可以有效的改善房屋的應用條件，使得住宅建筑的經濟價值得到最大限度的體現。

參考文獻：

[1]徐斌.異形柱框架結構設計淺析[J].廣東水利電力職業技術學院學報，2010.8（04）

[2]劉卓異.異形柱框架結構設計常見問題[J].山西建筑，2010.36（31）

[3]古松.異形柱框架在住宅建筑中的應用[J].住宅產業，2012（08）

[4]王少鈿.住宅建筑異形結構柱設計方法研究[J].房地產導刊.2014（3）