淺談異形柱框架結(jié)構(gòu)在民用住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

姚驥華

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)房屋建筑的要求也越來越高。而在現(xiàn)代的建筑工程中，隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑材料質(zhì)量和施工工藝水平都有了大幅度提升，從而為現(xiàn)代的建筑工程建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在現(xiàn)代的建筑工程中，通常會(huì)應(yīng)用到異形柱框架結(jié)構(gòu)。異形柱框架結(jié)構(gòu)能夠有效的提高建筑工程的質(zhì)量和穩(wěn)定性，從而滿足人們對(duì)建筑性能和質(zhì)量的要求。本文通過對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)的深入研究，并對(duì)其在現(xiàn)代民用住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入分析，然后提出了異形柱框架結(jié)構(gòu)在民用建筑設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)以及處理方法，以供同行探討。

【關(guān)鍵詞】異形柱框架結(jié)構(gòu)；民用建筑；設(shè)計(jì)

0.引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活生產(chǎn)水平不斷提高，在現(xiàn)代社會(huì)中人們對(duì)建筑的布局、性能、質(zhì)量也提出了更高的要求。在現(xiàn)代的建筑工程中，采用傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑施工已經(jīng)不能滿足人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)布局的要求，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響了人們對(duì)室內(nèi)空間的自由規(guī)劃。并且隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，建筑行業(yè)的發(fā)展速度也隨之加快，在現(xiàn)代的建筑領(lǐng)域中，各種高性能的建筑材料和高水平的施工工藝層出不窮，從而為現(xiàn)代的建筑工程建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此在這一時(shí)代背景下，為了滿足人們對(duì)建筑設(shè)計(jì)布局的新要求，異形柱框架結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。異形柱框架結(jié)構(gòu)能夠有效的滿足人們對(duì)建筑設(shè)計(jì)布局的要求，并且該結(jié)構(gòu)還能夠極大的提高建筑工程的實(shí)用性和強(qiáng)度。本文從異形柱結(jié)構(gòu)的定義出發(fā)，對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)在民用住宅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，并對(duì)設(shè)計(jì)過程中的注意事項(xiàng)提出了對(duì)應(yīng)的解決措施，希望能夠起到拋磚引玉的效果，使同行相互探討共同提高，進(jìn)而為我國異形柱框架結(jié)構(gòu)在民用建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用發(fā)展起到重要作用。

1.異形柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1.1異形柱及異形柱結(jié)構(gòu)的定義

（1）《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GJ149-2006）對(duì)異形柱的定義是：截面幾何形狀為L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比（柱肢截面高度與厚度的比值）不大于4的柱。L形截面柱多用于墻的轉(zhuǎn)角部位，T形和十字形截面柱多用于縱橫墻交接處。

（2）所謂異形柱框輕結(jié)構(gòu)即是由異形柱組成框架，由輕質(zhì)填充墻所形成的結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑布置及結(jié)構(gòu)受力的需要，異形柱結(jié)構(gòu)中的框架柱，可全部采用異形柱，也可部分采用一般框架柱。建設(shè)部在1996年11月發(fā)布的<住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化試點(diǎn)技術(shù)發(fā)展要點(diǎn)>文件中，對(duì)其特點(diǎn)做了如下闡述：1）由T形邊柱、十字形中柱、L形角柱組成的框架：2）填充墻與柱壁同厚，室內(nèi)不出現(xiàn)柱楞：3）因墻體減薄與磚混結(jié)構(gòu)相比，可增加使用面積8%～10%；4）填充墻的墻體材料可根據(jù)當(dāng)?shù)乇馗魺嵋?，因地制宜，就地取材?/p>

1.2異形柱框架結(jié)構(gòu)與矩形柱框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中的差異

（1）在現(xiàn)代的建筑工程中，異形柱框架結(jié)構(gòu)和矩形柱框架結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要的差異就是，異形柱框架結(jié)構(gòu)通常更適用于最大高度有大幅度降低的房屋建筑。

（2）而在現(xiàn)代的建筑工程中，異形柱框架結(jié)構(gòu)和矩形柱框架結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的另一差異就是，異形柱框架結(jié)構(gòu)彈性層間的位移角最大限度的要求比矩形柱框架架構(gòu)的要求更加嚴(yán)格一些。

（3）鋼筋混凝土房屋應(yīng)根據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級(jí)。對(duì)于相同烈度和結(jié)構(gòu)類型的兩種體系而言，異形柱結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的確定方法更加嚴(yán)格一些，其在房屋高度的取值上降低了數(shù)值。

1.3異形柱框架結(jié)構(gòu)在SATWE中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

能夠有效地分析帶有混凝土異形柱的結(jié)構(gòu)并進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)，這是SATWE軟件的特點(diǎn)之一。在梁的剛度、荷載、及截面配筋計(jì)算時(shí)，充分考慮了異形柱框架結(jié)構(gòu)的特殊性。由于混凝土異形柱的柱肢較長，梁、柱在節(jié)點(diǎn)處的重疊部分較大，合理的力學(xué)模型簡化應(yīng)將重疊部分作為剛域，自重計(jì)算時(shí)不應(yīng)重復(fù)計(jì)算重疊部分的混凝土重量，SATWE軟件中對(duì)梁考慮了這樣的力學(xué)模型簡化：

（1）梁的計(jì)算按扣除剛域后的梁長計(jì)算。

（2）梁上的外荷載按梁兩端節(jié)點(diǎn)間長度計(jì)算。

（3）截面設(shè)計(jì)按扣除剛域后的梁長計(jì)算。

（4）梁端剛域的計(jì)算原則如下：

記梁兩端與柱的重疊部分長分別為Di和Dj，梁長為L（即兩端節(jié)點(diǎn)問的距離），梁高為H，則梁兩端的剛域的長度分別為：

Dbi=Ma×（0，Di-H/4）

Dbj=Ma×（0，Dj-H/4）

扣除剛域后的梁長為：LO=L-（Dbi+Dbj）

2.工程算例

2.1工程概況

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)建筑工程的質(zhì)量和性能也提出了更高的要求，在現(xiàn)代的民用建筑設(shè)計(jì)中，通常會(huì)應(yīng)用到異形柱框架結(jié)構(gòu)。例如：某多層異形柱框架結(jié)構(gòu)，共6層。地震烈度為7度（設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g），框架抗震等級(jí)為三級(jí)。該結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖（如圖中僅表示出梁柱結(jié)構(gòu)）所示。填充外墻為250厚MU10輕骨料砼空心砌塊（容重<13KN/m），填充內(nèi)墻為200厚MU10蒸壓砂加氣砼砌塊溶重<8KN/m）。

2.2設(shè)計(jì)心得

（1）在現(xiàn)代的建筑中，通常將混凝土的強(qiáng)度等級(jí)制定在C30，然而就目前的民用建筑設(shè)計(jì)實(shí)際情況而言，由于計(jì)算出的異形柱軸壓比不符合建筑的設(shè)計(jì)要求，并且梁端的受拉鋼筋的最大配筋百分率也不符合《異形柱框架結(jié)構(gòu)施工規(guī)定》的要求。而將混凝土的強(qiáng)度等級(jí)制定在C30，雖然能夠滿足樓板混凝土的施工要求。但是為了滿足異形柱框架結(jié)構(gòu)的要求，必須要對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整，通過研究最終將其確定為C40。然而，在具體的施工過程中，還必須要考慮到混凝土裂縫問題，并采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

（2）從中可以看出，有Z形、W形柱，這里介紹一下這兩種柱的處理方法。（1）Z形柱，是由兩個(gè)L形柱組成的。在PMCAD輸入時(shí)按兩個(gè)L形柱來輸入并進(jìn)行內(nèi)力及配筋計(jì)算。因?yàn)閆形柱受力較大時(shí)易在中間劈開，劈開后其受力接近于兩個(gè)L形柱，按兩個(gè)L形柱處理較為合理。此時(shí)兩個(gè)L形柱間的梁會(huì)困剛度太大而超筋，因?yàn)閷?shí)際上無此梁，只是有限元計(jì)算時(shí)兩柱問有聯(lián)系必須有此梁，故不必管。（2）W形柱，計(jì)算及配筋時(shí)是按T形柱考慮的。只是由于建筑布置的要求，此處垂直搭接至T形翼緣上的梁的梁端鋼筋錨固長度，由于翼緣厚度只有200mm，不能滿足要求。故在此處增加一部分混凝土，該部分按構(gòu)造配筋，就是為了解決梁端鋼筋錨固長度的問題。

3.結(jié)束語

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的對(duì)建筑的布局和質(zhì)量以及性能也提出了更高的要求。然而由于傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的制約了人們對(duì)房屋室內(nèi)空間的自由規(guī)劃，因此傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全不能滿足人們對(duì)建筑平面布局的需求。因此，為了滿足人們對(duì)建筑室內(nèi)的自由規(guī)劃，異形柱框架結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，并迅速被應(yīng)用在現(xiàn)代的民用住宅設(shè)計(jì)中，隨著異形柱框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，有效的解決了建筑平面布局的情況。通過本文對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)在民用住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)用的深入分析，總結(jié)出，在民用住宅設(shè)計(jì)中，在滿足人們對(duì)建筑功能需求的前提下，還應(yīng)該注重建筑的質(zhì)量和保證建筑結(jié)構(gòu)安全。而結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)有著重要的意義。特別是對(duì)于異形柱框架結(jié)構(gòu)來說，其在民用住宅設(shè)計(jì)中其實(shí)就是梁柱節(jié)點(diǎn)域的設(shè)計(jì)?？偠灾?，隨著社會(huì)的發(fā)展，異形柱框架結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代的建筑領(lǐng)域中，一定會(huì)有更大的發(fā)展空間，但是其在實(shí)際的應(yīng)用過程中，必須要科學(xué)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，才能夠保證異形柱框架結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能。