以異型柱框架為例淺淡房屋建筑結構設計優化技術應用

何偉

（甘肅泓文建筑設計有限責任公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

在現代建筑市場發展過程中，建筑結構優化已經成為各企業提升自身核心競爭力的關鍵部分，然而受現代化結構設計體系應用影響，房屋建筑工程設計復雜性大幅提升，需要技術人員以現代化發展為切入點，圍繞工程實際需求這一核心，進一步提升結構的穩定性、牢固性，確保整體結構滿足協調性需求，進而實現提升房屋建筑結構整體規劃水平目的，同時也為后續主體工程建設高水平開展提供有力保障。

1 異型柱框架結構受力特征

1.1 異型柱結構級剪力墻結構受力特征差異性

技術人員在針對不同結構特征進行分析后發現，異型柱結構是將框架結構以及短肢剪力墻進行充分結合。但是從結構以及受力方式層面分析，異型柱結構以及剪力墻結構之間存在較大差異性。

異型柱結構泛指不規則截面柱體，其柱肢截面厚度比控制在4 以下，相較于常規截面柱，其在受力方面存在一定獨特性。同時在建筑設計中，要求實用功能以及建筑美學之間相適應，由此，異型柱在現代建筑結構實際中取得較為廣泛的應用[1]。除受力性能較為優越外，適應性也是該結構得到廣泛應用的重要因素之一，優勢集中表現在滿足房間在分隔墻交點處的要求，確保平面范圍內其承受的剛度得以均勻分散。在現代建筑結構設計中，橫、縱梁之間不貫通的情況屢見不鮮，這就使得建筑結構難以有效轉換為平面，進而導致平面結構計算工作受阻，通過應用異型柱結構可以有效解決此類問題。當前應用較為廣泛的異型柱主要包含L 形、T 形、十字形等，通過異型柱以及重量輕的砌體填筑至建筑結構之中可以有效確保立面結構均勻性，促使其在彈性方面具備共同工作性特征。通常情況下，異型柱框架結構寬厚比在2.5～4.5 區間范圍內，其柱肢具備狹長且厚度小的顯著特征，在需要進行雙向壓彎過程中可以表現出較為顯著的效應。

1.2 異型柱節點受力功能

通常情況下此類結構僅由一根對稱軸或不涉及對稱軸。從荷載角度進行分析可知，具備較為敏感的方向角，主要原因在于其抗扭曲剛度較低，一旦出現偏心或不對稱情況，即會導致扭曲力呈現出顯著下降情況，通過對截面結構進行分析可知，柱肢角是此類結構中較為脆弱的部分，其狹長的特性會導致梁柱中存在較多的重疊部分，進而使得梁端部分形成一定范圍的剛域[2]。而異型柱節點部分的顯著特點在于節點區大且薄，在彈性階段會出現因節點處變形導致的結構變形，進而導致建筑結構受到相應影響。就異形柱的節點和矩形柱的節點來說，其中存在的不同非常明顯。由于梁柱的厚度比較薄，混凝土振搗工作的進行可能不那么順利，密實度也會受到很大影響。梁柱交接位置處的應力非常集中。這就導致節點核心位置處的有效體積明顯被大幅度削減，導致節點抗力縮小，起到強化節點受力功能的作用。

2 工程案例概述

為詳細說明基于異型柱的建筑結構優化，本文選取某住宅工程為例進行研究。案例工程為某地區6層住宅樓工程。設計人員對于建筑使用功能要求，決定采用現澆鋼筋混凝土異型柱框架，在兩個方向上設計拉結。同時在綜合建筑使用要求考慮下，設計人員將柱網設定在5m 范圍內，采用矩形柱填補無需設置異型柱的區域，異形框架柱、梁寬度設計為200mm，利用非承重粘土空心磚進行磚砌填充墻，其質量分數控制在9.4kN/m3。

本工程梁板混凝土強度等級采用C25，由于底部兩層軸力較大，柱肢長又不能加得太長，故柱混凝土強度等級底部兩層采用C30，二層以上采用C25；根據SATWE 計算結果，異形柱的最大軸壓比為0.6，最大層間位移角為1/1239，滿足要求。

3 工程結構設計

3.1 結構計算參數優化

工程設計人員在實際工作過程中充分認識到異型柱結構受其不對稱布置影響，出現扭轉變形的情況較為顯著，而忽視此方面內容會導致建筑安全性大幅下降，由此，設計在對建筑結構地震作用進行計算工程中在明顯不對稱區域采用CQC法進行計算。

考慮到異型柱具備較強的空間方向性，因此，工程技術人員在輸入風及地震作用影響時添加不同方向角的荷載工況，確保截面柱設計過程中可以明確最不利內力組合[3]。

工程設計人員考慮到計算程序運行過程中會自動依照柱形心軸進行計算，依照異性截面柱形式輸入異型柱進行計算時會導致柱剛度偏小，因此，設計人員在進行計算過程中輸入地震作用方法參數以實現修正目的。

異型柱和填充墻的共同工作良好，在計算結構基本自振周期時，可考慮適當的折減系數，對異型柱框架結構，折減系數在0.65～0.70 區間范圍內進行取值。

當肢高厚比大于4 時，宜添加梁端剛域，以便更準確地反映異型柱結構的受力特性。

案例工程設計人員在實際工作過程中考慮到角柱所受垂直荷載相對較小，因此，在設計進行設計過程中通常采用較小的截面，而這種情況會導致角柱在地震荷載作用下產生偏心受拉的狀態，因此，設計人員針對此情況進行相應的強化，將角柱邊長控制在600mm 以上，縱向鋼筋縱總配筋率控制在1%以上。

設計人員在工作中為滿足軸壓比要求，對柱混凝土強度進行分別設計，底部兩層采用C30 混凝土，二層以上采用C25混凝土。

3.2 梁柱配筋構造優化

案例工程設計人員在實際工作過程中依據建筑功能要求，在底層柱方面采用帶暗樁的異型柱設計，暗樁部分設置在距柱肢端部，依照柱肢厚度0.5 倍以上區域進行設置。暗樁主要采用柱肢端部縱筋以及附加的2Φ14 的構造縱筋與封閉箍筋組成，暗樁箍筋采用與柱本身箍筋相同的設計。

設計人員依照實際需求，在首層以及第二層中選擇其中之一采用Φ10 箍筋設計，并根據實際需求在Φ10或是＜8范圍內進行相應調整。

設計人員在實際工作過程中依照相關工程設計規章制度要求，使梁端縱向受拉鋼筋滿足最大配筋率要求。同時針對部分基礎埋深較大的區域，技術人員考慮到異型柱長細比較大，決定將地梁以下異型柱改為矩形柱，進而是確保基礎定位要求得以滿足，使形心以及上部柱形心之間形成統一局面。

4 總結

綜上所述，在當前新時期背景下，民眾對建筑性能提出更高的要求。因此，本文以異型柱框架為例，結合實際工程對其建筑結構設計優化進行研究。案例工程依據文中闡述方案進行施工，最終成果滿足經濟性要求，同時建筑安全性也得到顯著提升，由此，工程經驗具備參考價值。