對異形柱在建筑結構設計的應用的探討

廣東華方工程設計有限公司

摘要：隨著建筑結構的不斷改進和創新，柱截面的形式也在不斷發生著變革，與此同時，異形柱的結構也隨之誕生，并被廣泛的應用到建筑結構設計中，雖然異形柱結構的起步較晚，而在近些年的發展中，異形柱卻得到廣大建筑開發商以及用戶的認可，同時在科技不斷發展的過程中，對異形柱結構的改進和創新工作也在不斷的進行著，對推動建筑行業的快速發展有著一定的作用。

關鍵詞：異形柱；建筑結構設計；應用；受力性能

前言

異形柱結構主要由異形柱、剪力墻、框架梁等結構組成，異形柱的應用可以達到同時承受縱向荷載和橫向荷載，并被廣泛的應用到建筑結構設計中，充分發揮出異形柱的功能，為提升建筑結構設計質量做出了巨大的貢獻，當然，在異形柱應用的過程中，還需要了解其受力性能以及應用過程中的要點，對此，本文主要對異形柱在建筑結構設計中的應用進行探討。

1 異形柱受力性能分析

1.1 異形柱的承載能力

在建筑結構設計中，會應用到大量的異形柱來實現承載的作用[1]。異形柱的承載能力與建筑結構設計中常用的矩形柱有著很大的區別，異形柱主要是由多肢組成的，而且，異形柱的柱肢寬度與柱肢截面的高度比值一般會在2.25-4.35之間，另外，由于墻肢平面的內外兩個方向的剛度比比較大，使得各項剛度也出現不一致的現象，也使得異形柱的各個方向承載力有著很大的差別。

1.2 異形柱的變形特征

一般情況下，在建筑結構設計中，如果建筑的層高超過了3.0m的話，異形柱所采用肢的厚度也將高出200m，這樣才能滿足建筑結構設計中的承載能力要求，從而保證異形柱在建筑結構設計中應用的質量[2]。另外，近些年異形柱在建筑結構設計行業得到廣泛的推廣，而且，為了能夠讓異形柱獲取足夠的承載力，一般對異形柱的選取應選擇合適的大小，這樣才能確保異形柱的承載力滿足建筑結構設計的要求，從而有效的提高異形柱在建筑結構設計中的應用效率。當然，在異形柱應用的過程中，還可能因柱剪跨比過小，而形成短柱的現象，使得異形柱出現彎曲變形，延性較差，不利于異形柱的可持續運用。

1.3 異形柱的破壞原理

眾所周知，異形柱具有多肢的特點，在受力的情況下，往往會通過各個柱交點處的核心混凝土進行協調變形，將這個過程叫做異形柱的變形協調[3]。然而，在變形協調進行的過程中，會使異形柱內存在大小不同的剪應力、翹曲應力等，尤其是剪應力的存在，可能會造成異形柱肢結構出現裂縫的現象。一旦異形柱產生腹剪裂縫的話，將會使異形柱各肢的核心混凝土處形成三向剪力的狀態，從而導致異形柱結構自身的脆性增加，使得異形柱的變形要比普通柱的變形降低，很容易受到破壞。另外，通過對異形柱應用于建筑結構設計的大量實踐中調查分析，對異形柱存在破壞影響的因素主要有軸壓比、配箍率、縱筋直徑與箍筋間距比、剪跨比、荷載力等。因此，在異形柱應用于建筑結構設計中時，需要結合實際的情況，做好相應的計算分析，這樣才能將具有特殊性、復雜性的異形柱有效的應用到建筑結構設計中，并將其作用充分的發揮出來。

2 異形柱在建筑結構設計應用中的結構構造分析

2.1 異形柱的配筋構造

一般情況下，異形柱在建筑結構設計中的應用，是需要結合建筑結構設計的要求，來合理配置異形柱的鋼筋結構，異形柱截面內的鋼筋結構同樣也是起到保障異形柱在受力的情況下不會發生變形的關鍵性因素[4]。而從異形柱截面的特點來分析，異形柱肢端部位經常會出現較大的應力，再加上梁作用在柱肢上不均勻的應力，會產生越靠近肢端的應力就會越大，而且也會對柱肢形成一項偏心的壓力，從而加大了異形柱肢端壓的壓應力，如果對異形柱配筋構造間距計算不合理的話，很可能會對異形柱的結構造成破壞，從而影響到建筑結構的設計質量。因此，在將異形柱應用于建筑結構設計中時，應按照需求合理計算縱向的受力鋼筋，并將其集中布置在柱肢與肢端交接處的內折角區域內，同時，應確保異形柱配筋構造的其他部位鋼筋間距的設置是否均勻，同時要保證所設置構造鋼筋之間的間距在200mm以內，直徑可選擇14mm左右，而且應設拉筋直徑和間距同柱箍筋，通過對構造的這樣設計，可以有效的防止異形柱肢混凝土出現裂縫的現象，從而有效的避免應力對異形柱結構的影響，提高異形柱的局部抗剪強度以及變形能力。

另外，在設置柱箍筋時，應通過合理的計算來確定柱箍筋的各項參數，不僅要求柱箍筋達到抗剪力的要求，同時要具備約束混凝土結構變形的功能，并增大其結構的延性，將異形柱的作用最大程度的發揮出來[5]。此外，根據異形柱的特點來分析，異形柱不易于形成多肢的復合箍，因此，異形柱的配筋率只能通過加密箍筋的間距以及加大箍筋的直徑等方式來實現柱箍筋的設置，也就是說，在相同配箍率之下，配筋的直徑越大，柱箍筋的延性指標就越好，其異形柱的性能也就越高。

2.2 異形柱其余構造截面的要求

隨著建筑行業的迅速發展，建筑結構設計也會根據建筑功能、使用等方面的不同趨于多樣化設計，其中會應用到大量的異形柱，除了以上對應用于建筑結構設計中異形柱的配筋構造提出一定的要求之外，還要確保異形柱各個截面滿足相應的要求。具體要求如下：

①異形柱的應用，要避免采用Z字形，其主要原因是Z字形因截面柱的受力復雜，使得柱肢存在剪應力以及翹曲應力，再加上柱腹板存在較大扭矩作用，受到復雜應力的影響會對異形柱的結構造成破壞，從而影響到異形柱功能的發揮。

②異形柱的應用應避免采用一字形，其主要原因是一字形截面柱肢過薄，而且在沒有翼緣的約束下，截面柱的平面外剛度相對較差，尤其是在一側搭梁的情況下，可能會在地震的作用下，對其結構造成嚴重的破壞，這都是異形柱其余構造截面應注意的要求。

③眾所周知，異形柱由很多柱所組成，在應用于建筑結構設計中時，應避免使用短柱或是極短柱的應用，要確保應用的異形柱的剪跨比不應<2，這樣才能有效的避免或降低地震作用下對結構的破壞。

④除了以上提出的幾點要求之外，還應注意異形柱截面各個肢的肢厚比、肢高等，要確保這兩項系數<4.5，同時，要確保肢厚>200mm。一旦肢厚<200mm的情況下，就會造成異形柱梁柱節點的核心區域鋼筋設置比較困難，而且，鋼筋與混凝土的錨固強度也會存在很大的不足，從而對異形柱的結構安全性產生極大的影響。

異形柱作為建筑結構設計中的重要組成部分，被廣泛的應用到各個建筑結構設計中，然而，在以往異形柱應用的過程中，經常因應用的不合理而對建筑結構設計的質量產生極大的影響，因此，在異形柱應用的過程中，必須嚴格按照規范要求進行，了解相應的注意事項，將異形柱的作用充分的發揮出來[6]。通過以上對異形柱其余構造截面的要求分析，本人主要針對異形柱在建筑結構設計應用中經常發生的幾方面問題的注意要求展開分析，能夠嚴格按照截面要求進行設計將會對異形柱的受力性能、抗震性能等有著直接的影響，因此，以上提到的幾方面要求相關建筑結構設計人員必須將其重視起來，這樣才能切實有效的提高異形柱在建筑結構設計中的應用效果。

總結

綜上所述，隨著建筑行業的迅速發展，近些年異形柱設計逐漸被重視起來。作為建筑結構設計中的重要組成部分，異形柱結構已被廣泛的應用到各個建筑結構設計中，完全能夠達到建筑結構功能、使用的要求。異形柱由于自身的優點已被廣泛應用在建筑結構設計中，對提升建筑結構設計的質量，以及促進建筑行業的發展將會起到很大的作用。通過本文對異形柱在建筑結構設計中的應用分析，作者結合自身多年的工作經驗，以及自身對異形柱的認識和了解，主要從異形柱的承載能力、異形柱的變形特征、異形柱的破壞原理以及異形柱在建筑結構設計應用中的結構構造進行分析，希望通過本文的分析，對提高異形柱結構體系的應用效果以及促進建筑行業的發展提出相應的建議。

參考文獻：

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[2] 尚軍.異形與矩形截面框架柱抗震性能分析[J].河北工程大學學報（自然科學版）.2013（03）

[3] 周曹國，周家富，賀傳強，顧慶紅.鎮江市體育會展中心體育場異形混凝土結構施工技術[J].施工技術.2013（S1）

[4] 趙平，羅政楠.異形柱-短肢剪力墻結構在不同地震作用角度下的抗震性能研究[J].建筑結構.2013（S1）

[5] 劉祖強，薛建陽，倪茂明，周鵬，趙鴻鐵.實腹式型鋼混凝土異形柱邊框架擬靜力試驗及有限元分析[J].建筑結構學報.2012（08）

[6] 何葉，徐玉野，林燕卿，羅漪.鋼筋混凝土異形柱抗扭性能的數值模擬[J].華僑大學學報（自然科學版）.2012（04）