住宅建筑異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)方法研究

蘿北縣城鎮(zhèn)建設(shè)管理處 154200

摘要：本文主要從異形結(jié)構(gòu)柱受力的特點(diǎn)展開(kāi)分析，并針對(duì)住宅建筑異形結(jié)構(gòu)柱的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)實(shí)例工程的探究，來(lái)充分的了解住宅建筑異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)的具體方式，希望通過(guò)本文的探究，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的人員提供一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：住宅建筑；異形結(jié)構(gòu)柱；設(shè)計(jì)方法

一般來(lái)說(shuō)，住宅建筑中采用的最多的結(jié)構(gòu)形式就是框架結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)形式，會(huì)使得墻面上凸顯出來(lái)梁柱，使得住宅建筑的外觀美觀性降低，在對(duì)住宅建筑實(shí)施設(shè)計(jì)的過(guò)程中，該結(jié)構(gòu)形式也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不良的影響，同時(shí)會(huì)使得施工的整體成本提高，不利于建筑經(jīng)濟(jì)價(jià)值的體現(xiàn)。在城市建筑結(jié)構(gòu)形式逐漸呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)后，框架結(jié)構(gòu)逐漸被取代，而在目前的住宅建筑中，采用的較多的結(jié)構(gòu)形式就是異形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)形式彌補(bǔ)了框架結(jié)構(gòu)的不足，在住宅建筑設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。下面本文就主要針對(duì)住宅建筑異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)方法進(jìn)行深入的探究。

1、異形結(jié)構(gòu)柱受力特點(diǎn)

首先，由于異形結(jié)構(gòu)柱截面設(shè)計(jì)上的特殊性，會(huì)導(dǎo)致墻肢平面向內(nèi)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(xiàn)了不一致的現(xiàn)象，因此不同方向的承載力也會(huì)有所不同。

其次，異形結(jié)構(gòu)柱屬于多肢結(jié)構(gòu)，剪切中心在受力的時(shí)候，要使變形力和內(nèi)力得以協(xié)調(diào)，就要依賴于各個(gè)柱肢之間的交點(diǎn)處來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使各個(gè)柱肢當(dāng)中都出現(xiàn)了一定程度的剪應(yīng)力和翹曲應(yīng)力。這種現(xiàn)象的存在，很容易導(dǎo)致柱肢出現(xiàn)破裂，使得核心砼處出現(xiàn)了三向剪力狀態(tài)，導(dǎo)致異形結(jié)構(gòu)柱出現(xiàn)了明顯的脆性破壞。

再次，與矩形柱有所不同，異形結(jié)構(gòu)柱具有較差的延性，主要是基于其在受力的時(shí)候，會(huì)有單純翼緣柱肢受壓的狀況存在。異形結(jié)構(gòu)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(dòng)下形成的，其所呈現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)為彎曲破壞、壓剪破壞以及小偏壓破壞等等。在實(shí)際應(yīng)用中，受力的性能會(huì)更為復(fù)雜，那么在設(shè)計(jì)中就要多方面因素考慮，建筑異形結(jié)構(gòu)柱面布置合理，在計(jì)算程序和結(jié)構(gòu)措施上，都要選取得當(dāng)?shù)姆椒?，以確保建筑異形結(jié)構(gòu)柱的承載力。

2、住宅建筑采用異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)原則

目前城市建筑鱗次櫛比，以高層建筑為主。建筑框架結(jié)構(gòu)采用異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)，在高層建筑中要受到局限。安全起見(jiàn)，框架結(jié)構(gòu)的層數(shù)低于12層的小高層建筑最宜采用異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。建筑筑的平面布置，在不對(duì)稱結(jié)構(gòu)上，考慮到出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)后對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不利的影響，因此采用異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)，要確保平面結(jié)構(gòu)的形狀和剛度都均勻?qū)ΨQ。采用異形柱框架柱網(wǎng)要掌握好尺寸設(shè)計(jì)，框架梁采取雙向設(shè)置，或者在一些承載較為脆弱的位置增設(shè)暗梁，并進(jìn)行局部板加厚等加強(qiáng)處理措施，因此，對(duì)于豎向結(jié)構(gòu)進(jìn)行異形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并盡量均勻，否則，很有可能會(huì)出現(xiàn)樓層剛度豎向不均勻而導(dǎo)致突變，或者是外挑內(nèi)收的現(xiàn)象發(fā)生。

在異形結(jié)構(gòu)柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，可以采用計(jì)算機(jī)分析方法，基于計(jì)算機(jī)虛擬空間設(shè)置，協(xié)同平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。此外，在異形結(jié)構(gòu)柱框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析上，構(gòu)件截面的設(shè)計(jì)應(yīng)選取內(nèi)力最不利組合作為參考，其中還要考慮地震作用效應(yīng)和荷載效應(yīng)。

3、住宅建筑中異形結(jié)構(gòu)柱的設(shè)計(jì)方法

3.1工程概況

某住宅建筑為學(xué)生宿舍樓，其采用得結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)。樓層主體的高度達(dá)到了22m，該宿舍樓的長(zhǎng)度則為33m，寬度為14m，建筑的總面積為1920㎡，該建筑的框架結(jié)構(gòu)安全等級(jí)最初設(shè)定為二級(jí)。其抗震等級(jí)則設(shè)定三級(jí)。屬于丙類抗震結(jié)構(gòu)。該建筑的設(shè)定使用年限為50年。而就該建筑所位于的區(qū)域來(lái)進(jìn)行分析，該地區(qū)的地面粗糙度達(dá)到了B等級(jí)，而且場(chǎng)地的類別則為Ⅱ級(jí)，該區(qū)域的地震加速值可以達(dá)到0.01g，其施工采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。

3.2該住宅建筑異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)部分計(jì)算分析

其實(shí)，異形結(jié)構(gòu)柱與矩形截面柱在設(shè)計(jì)上有著一定的相似性，在對(duì)中長(zhǎng)柱實(shí)施設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要合理的選用相應(yīng)的計(jì)算方式，而最佳的計(jì)算方式就是將偏心距與偏心增大系數(shù)相乘，得到系數(shù)值hb。然而，就現(xiàn)階段較為常見(jiàn)的程序計(jì)算方式來(lái)進(jìn)行分析，大部分的建筑框架結(jié)構(gòu)均需要合理的參照矩形柱的截面來(lái)進(jìn)行計(jì)算，所以，在對(duì)異形結(jié)構(gòu)柱實(shí)施計(jì)算前，要采取相關(guān)的技術(shù)措施進(jìn)行處理，并選取適宜的計(jì)算軟件，以滿足住宅建筑異形結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化要求。

（1）合理的針對(duì)劃分為多個(gè)矩形段的柱肢實(shí)行計(jì)算

從整體的角度來(lái)進(jìn)行分析，依據(jù)空間結(jié)構(gòu)體系來(lái)進(jìn)行異形結(jié)構(gòu)柱主形心的慣性矩具體數(shù)值的計(jì)算，合理的根據(jù)力學(xué)公式來(lái)求得截面主軸的慣性矩具體數(shù)值以及方向角度數(shù)值，同時(shí)針對(duì)主軸以及梁剛度實(shí)施計(jì)算，將各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果作為重要的參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅建筑異形結(jié)構(gòu)柱的整體研究。然后，就可以針對(duì)力學(xué)公式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異形結(jié)構(gòu)柱截面上各個(gè)點(diǎn)位應(yīng)力值的計(jì)算，采用數(shù)學(xué)積分的理論公式，來(lái)計(jì)算出每一個(gè)異形結(jié)構(gòu)柱肢所能夠產(chǎn)生的最大彎矩和所能夠承受的剪力，然后利用對(duì)稱筋的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)配筋的準(zhǔn)確計(jì)算。

（2）有效的針對(duì)異形結(jié)構(gòu)柱濟(jì)與矩形柱進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換

首先，在轉(zhuǎn)換的時(shí)候，需要將剛度控制為的一個(gè)方向，同時(shí)要保障剛度值與面積處于相等的局面。在針對(duì)平面結(jié)構(gòu)實(shí)施布置的過(guò)程中，要想能夠確保結(jié)構(gòu)布置的規(guī)整性，就需要合理的將異形結(jié)構(gòu)柱與矩形柱之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，嚴(yán)格的依照平面設(shè)計(jì)的要去，在等量的基礎(chǔ)上，有效的進(jìn)行慣性矩和等面積的轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行計(jì)算。這樣的計(jì)算方式一般來(lái)說(shuō)，會(huì)將誤差縮減到5%范圍內(nèi)。

其次，按照兩個(gè)方向剛度相等轉(zhuǎn)換。隨著住宅建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，建筑結(jié)構(gòu)柱幾乎都沒(méi)有形成完整的平面框架，異形結(jié)構(gòu)柱所呈現(xiàn)出來(lái)的兩個(gè)方向的彎度無(wú)法進(jìn)行主次判斷，而且主彎曲的方向有所不同，此時(shí)，對(duì)于異形結(jié)構(gòu)柱的計(jì)算應(yīng)該考慮到雙向偏心受壓狀況。

最后，建筑異形結(jié)構(gòu)柱的抗震性能。對(duì)于建筑異形結(jié)構(gòu)柱的抗震性能進(jìn)行分析，要從整體方面進(jìn)行綜合考慮，通常所采用的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為異形截面柱和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，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(huì)在翼緣的作用下比矩形截面柱高出一些，導(dǎo)致了建筑框架結(jié)構(gòu)的整體剛度增大，側(cè)移效果降低。從整體的抗震效果上來(lái)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(jié)構(gòu)良好，因此抗震性并不會(huì)受到較大的影響。

4、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文的分析可以了解到，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，建筑行業(yè)也得到了極大的發(fā)展，建筑行業(yè)在發(fā)展的過(guò)程中，人們對(duì)于住宅建筑的質(zhì)量更加的關(guān)注。不僅需要建筑具備相應(yīng)的性能，同時(shí)也需要建筑具備較強(qiáng)的美觀性。相較于傳統(tǒng)的砌體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，異形結(jié)構(gòu)柱的應(yīng)用更加具有優(yōu)勢(shì)，合理的對(duì)該結(jié)構(gòu)柱展開(kāi)設(shè)計(jì)，可以有效的改善房屋的應(yīng)用條件，使得住宅建筑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到最大限度的體現(xiàn)。

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