異形柱框架結構在民用建筑設計中的應用研究

楊樹廣

摘 要：在技術不斷革新與改善的背景下，異形柱結構的應用率逐年走高，與傳統結構形式的建筑相比，異形柱結構的優勢較為明顯，尤其是可以提高住宅建筑內部平面設計的合理性與科學性，有效地提高空間利用效率，即在相同的建筑面積下可以提供更大的使用面積。因此文章結合實例，就異形柱框架結構在民用建筑設計中的應用展開分析。

關鍵詞：異形柱框架結構;民用建筑;設計;應用

建筑結構設計中，異形柱框架結構的應用可以在最大程度上貼合于建筑工程在平面上的使用需要，保持異形柱肢厚度等同于輕質填充墻，從而避免在室內出現柱結構的棱角與梁邊，顯著增加了室內可用面積。當前異形柱已經在公寓、住宅建筑以及辦公樓建筑的設計中得到了一定的推廣與應用，應當予以重視。

1 異形柱概述

異形柱（Specially shaped column）主要是指截面形狀不同于常規矩形截面的柱，多在滿足柱基本要求的前提下，根據建筑功能、建筑設計需求而定。目前較為常見的異形柱主要有 L 形（以角柱為主）、十字形（以中柱為主）、T形（以邊柱為主）等類型。將異形柱科學運用于多層鋼筋混凝土架框架結構中，可有效改善傳統鋼筋混凝土框架結構存在的不足，優化其結構性能。例如，針對傳統鋼筋混凝土框架結構抗側力差，水平方向易受力影響發生位移這一問題，可利用異形柱適當增強框架結構水平方向抗力。即根據多層建筑實際情況，將0.5m×0.5m方形柱，分成0.5m×0.25m的兩個長方形柱后組成角柱或邊柱，這樣能夠在保證豎直方向截面邊長（0.5m）不變的情況下，延長水平方向的截面邊長（0.75m），從而增加水平方向截面積，提升邊框結構水平方向剛度，增強建筑結構整體穩定性。

又如，針對傳統鋼筋混凝土框架結構各層受力不均衡，由下至上受力逐漸減小這一特征。在進行鋼筋混凝土框架結構改造時，通常利用分層設計法進行框架結構梁柱截面調整，讓各層結構受力均衡，保證實際受力與設計受力分布的相統一。相對于矩形柱而言，異形柱的運用能夠讓鋼筋混凝土框架結構分層設計更具簡便性。例如，針對多層鋼筋混凝土框架結構底層柱抗壓抗剪承載力要求高這一特征，可在不大幅度改變空間設計的前提下，靈活運用T形柱、L形柱適當增加底層柱橫截面積，提升底層柱抗壓抗剪承載力;可在確保框架結構整體穩定的前提下，進行中層異形柱截面調整，達到分層設計目的，降低框架結構縱向力與彎矩作用的不利影響。

再如，針對傳統鋼筋混凝土框架結構梁柱節點受力集中這一特征。在框架結構設計過程中，可利用異形柱在梁柱相交位置配置加固腳，增加框架結構梁柱節點穩定性的同時，提升室內感官體驗，節約結構施工投入成本，讓鋼筋混凝土框架結構更具穩定性、安全性、舒適性、經濟性、可控性。以某多層鋼筋混凝土框架結構建筑項目為例，建筑項目屬房屋住宅項目，樓高約為30m，抗震設防烈度 6度。在框架結構設計過程中，底層柱、樓梯、矩形柱不適宜地方均采用異形柱。相對傳統鋼筋混凝土框架結構而言，建筑材料（以鋼筋、混凝土材料為主）節約 10%，建筑項目整體施工成本得到有效控制。此外，在異形柱應用過程中，針對抗震性能設計要求相對較高的建筑項目，可根據實際需求，在異形柱中配置暗柱，提升異形柱承載力，讓框架結構抗震能力達到預期目標，增強框架結構使用性能。

2 工程實例分析

某民用住宅工程為6層，對建筑平面以及立面的結構形式均有較高的要求。為了避免影響結構穩定性，需要針對異形柱結構形式的應用進行分析，確定施工標準與關鍵、細節部位的結構參數，保證工程的穩定性的同時發揮出異形柱結構的優勢。

3 異形柱框架結構設計的應用要點

3.1 框架柱結構設計要點

異形柱形式的選擇。現階段常用的異形柱應用形式主要有三個類型，分別是十字型、T字型以及L型，由于該工程對結構要求較高，因此應當采用雙排布置的結構形式。如果框架柱的截面相同，需要保持受力鋼筋的直徑也相同。在正常情況下，可以將鋼筋直徑控制在14～25mm;如果鋼筋間距在250mm以上，則應當結合實際情況來考慮是否應當設置縱向結構鋼筋，如有應用縱向結構鋼筋的需求，可將其直徑設置在12mm以內，框架柱截面較大時可增設拉筋，并保證拉筋間距控制在箍筋間距的2倍或以內。（2）柱截面厚度小于200mm時，縱向受力鋼筋每排不應多于2根;肢厚在200-250mm時，每排鋼筋不應多于3根，必要時可以分二排設置，二排鋼筋之間的凈距不應小于50mm。在工程對建筑結構形式有特殊要求的情況下，還應在柱子截面中設置2排鋼筋，保證結構穩定性。（3）配筋率的計算。配筋率的計算與建筑抗震等級密切相關，具體需要注意以下幾點：如果該建筑工程抗震烈度為6度，應當保證中柱與邊柱的縱筋配筋率不低于 0.7%，而在角柱部位，配筋率則要達到0.9%。如果該建筑工程抗震烈度為7度，應當保證中柱與邊柱的縱筋配筋率不低于0.6%，角柱的配筋率則要達到0.8%。抗震設計時，對于二級和三級則不宜大于3%。（4）框架柱的箍筋。箍筋是異形柱結構的重要環節，當前我國對于異形柱箍筋也提出了明確的要求，須采用復合配箍形式，嚴禁使用具有內折角的鋼筋，并采取相應的技術手段保證鋼筋封閉效果。對于箍筋末端，可將其加工為135°的彎鉤結構，在彎鉤端頭垂直長度的設計中，應當保證其長度不小于鋼筋直徑的10倍。

3.2 框架節點設計

框架節點屬于建筑工程整體結構中的細節部位，需要注意以下兩個問題。（1）框架梁的截面寬度與異形柱的肢寬相等或梁截面寬度每側凸出柱邊小于50mm時，在梁四角上的縱向受力鋼筋應滿足坡度小于1/25的條件下向柱筋內側彎折，并伸入框架節點內。（2）如果框架梁任意側凸處的邊柱寬度在500mm或以上，則框架梁的縱向受力鋼筋則可以延伸到框架梁柱節點的內部，并以此為基礎，進行深化設計。

3.3 異形柱與填充墻的連接

異形柱與填充墻之間的有效連接是保證異形柱建筑結構整體穩定性的關鍵。關于填充墻材料的選擇，宜采用重量較輕的材料，不但能降低工程整體自重，而且能讓結構的整體穩定性得到保證。在框架與填充墻的交接部位，應當沿高度方向每500mm設置一道鋼筋，確保填充墻與框架柱之間的連接穩定。如果填充墻的長度在5m或以上，則需要在填充墻頂部與框架梁相交接處采取技術措施進行拉結，進一步提高異形柱與填充墻連接的可靠性。在該項目中，應用了異形柱框架結構，在室內不露梁柱的棱角，保證室內環境美觀的同時提高了建筑使用面積、減輕了建筑工程的自重。但是需要注意的是，異形柱結構會縮短框架梁的長度，且柱肢較薄，應當對異形柱的軸壓比進行嚴格控制。

總之，在上文分析中不難發現，異形柱框架結構的設計與傳統的建筑形式之間有較大的差異，所以在設計過程中應當保證規范性。由于結構柱的形式多種多樣，同時框架梁的長度有所減損、柱肢也更薄，因此應當在保證結構強度的同時，適當提高其配筋率。本文針對異形柱結構的特點和優勢以及設計要點進行了分析，以供借鑒。

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