建筑異形柱結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì)分析

吳海強(qiáng)

博羅縣建筑設(shè)計(jì)院

建筑異形柱結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計(jì)分析

吳海強(qiáng)

博羅縣建筑設(shè)計(jì)院

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，當(dāng)前建筑業(yè)呈現(xiàn)出一片蓬勃的景象，更多新的特點(diǎn)顯現(xiàn)，很大程度上解決了由于人口眾多而出現(xiàn)的土地匱乏問題，建筑的外觀也越來越多樣化和復(fù)雜化，于是異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。這種新型的結(jié)構(gòu)既滿足了建筑外觀與空間上的需求，還確保其穩(wěn)定與安全，成為受到當(dāng)代人喜愛的建筑結(jié)構(gòu)。本文對(duì)建筑異形柱結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

建筑異形柱結(jié)構(gòu);配筋設(shè)計(jì)

1 引言

在城市化發(fā)展進(jìn)一步推進(jìn)的社會(huì)背景下，當(dāng)前的城市建筑發(fā)展空間得到深度挖掘，逐漸滿足人們?cè)诮ㄖδ?、外觀以及空間分布等方面的要求，其中廣受人們喜愛的是異形柱結(jié)構(gòu)。但由于這種結(jié)構(gòu)起步時(shí)間較晚，在受力特點(diǎn)或設(shè)計(jì)應(yīng)用等方面都沒有進(jìn)行深入的分析應(yīng)用，筆者結(jié)合多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行分析。

2 建筑異形柱結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)與特點(diǎn)分析

當(dāng)前的建筑異形柱結(jié)構(gòu)是指截面和常規(guī)截面不同的柱體結(jié)構(gòu)形式，比較常見的截面形狀有L形、T形、十字形，截面各肢高厚的比值不超過4，肢厚保持與墻面的厚度相同，對(duì)應(yīng)的高不超過500mm。另外，如果異形柱結(jié)構(gòu)各肢的長(zhǎng)度相同，還可以將其分為等肢與不等肢，等肢更適合在抗震的建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)用等肢能夠很好地符合建筑物功能以及各空間分布等多方面的要求，但必須建立在符合結(jié)構(gòu)剛度以及對(duì)應(yīng)承載力的基礎(chǔ)上?？偨Y(jié)異形柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，主要有以下幾點(diǎn)：（1）因?yàn)楫愋沃衽c柱肢高厚并不相同，所以其抗扭性不高，如果應(yīng)力主要在相交處集中，那么很容易導(dǎo)致嚴(yán)重的變形，所以平面壓力的布置必須簡(jiǎn)單而對(duì)稱，特別要求是質(zhì)量、剛度和承載力相同之處，對(duì)齊拉通縱橫向框架柱，才能使得在地震發(fā)生時(shí)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)得以有效降低。另外，還要對(duì)部分的剪力墻和框架柱的薄弱部分進(jìn)行合理布置，如果異形柱結(jié)構(gòu)無規(guī)則，那么要求結(jié)合《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求進(jìn)行布置；（2）異形柱結(jié)構(gòu)肢厚度并不大，相比于普通的矩形柱體，其延性不夠，而軸壓比則會(huì)直接影響異形柱的形態(tài)。大多數(shù)的異形柱形態(tài)是多肢體，因此難以重合剪力中心和截面的形心，不同的柱肢都要同時(shí)承受剪應(yīng)力與正應(yīng)力，因此在剪應(yīng)力的作用下，異形柱結(jié)構(gòu)很容易導(dǎo)致腹剪裂縫，于是其具備了脆性的特點(diǎn)，變形的能力也明顯不如普通的矩形柱更高。相對(duì)于《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，其嚴(yán)格地限制了異形柱軸壓的比限制，這也明顯比《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》更為嚴(yán)格。在對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的建筑工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格根據(jù)規(guī)程的具體要求控制好軸壓比，盡可能減小異形柱出現(xiàn)裂縫情況的比例，最大程度提高異形柱的變形能力，從而達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)；（3）因?yàn)楫愋沃Y(jié)構(gòu)截面的形狀和矩形柱截面的形狀并不相同，所以在雙向偏心壓力的作用下部能與彎矩作用位置相互垂直，更是無法與截面的邊緣平行，因此一旦混凝土強(qiáng)度的等級(jí)、截面的尺寸以及配筋等因素影響作用下出現(xiàn)位置上的偏移變化，那么異形柱的受力性在雙向偏心壓力的力度下將更復(fù)雜[1]。其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為：柱肢基本與填充墻厚度相等，室內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)，確保了布置的靈活性，也一定程度上增加使用的面積；不同結(jié)構(gòu)適用高度也各不相同，對(duì)結(jié)構(gòu)的要求比對(duì)普通柱體結(jié)構(gòu)更為嚴(yán)格[2]。

3 建筑異形柱結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)研究

3.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)小結(jié)

異形柱結(jié)構(gòu)與普通矩形柱的不同點(diǎn)表現(xiàn)在前者的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)更為明顯，其結(jié)構(gòu)在易發(fā)生地震的設(shè)防區(qū)域中區(qū)別更大，常常因?yàn)榈卣鸹蝻L(fēng)荷載等水平荷載的作用而使其不對(duì)稱截面形成雙向偏心受壓的情況，于是嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的變化[3]。因此，這種結(jié)構(gòu)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的同時(shí)，必須要緊密結(jié)合空間體系進(jìn)行考慮，特別是要對(duì)其結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移變化進(jìn)行計(jì)算與分析，采用的計(jì)算軟件和程序主要是自帶異形柱單元，本質(zhì)上不同的結(jié)構(gòu)無法相提并論，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同，本質(zhì)不同，受力的狀態(tài)也有較大程度的差異，所以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算不容易保證合理性與絕對(duì)的安全性，設(shè)計(jì)人員必須充分考慮到這些問題，保證設(shè)計(jì)的合理規(guī)范。

如果沒有為相關(guān)的設(shè)計(jì)人員提供設(shè)計(jì)程序與軟件，那么也可以采用薄壁桿件模型對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行等效處理，從框架設(shè)計(jì)的方面看，可以采用等效折算的方式處理異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件剛度，比如通過自帶異形柱單元設(shè)計(jì)軟件對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移等元素進(jìn)行計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)替代普通框架結(jié)構(gòu)的等效折算數(shù)據(jù)。但是工作人員需要引起注意的是，異形柱軸壓比并不是在進(jìn)行了等效折算后普通矩形柱框架結(jié)構(gòu)軸壓比，因?yàn)楫愋闻c矩形面柱的剛度相等的情況下，異形柱面的面積比矩形面柱的面積更大，通常介于1.1：1或1.3：1之間[4]。對(duì)實(shí)際的情況進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要想獲取正確軸壓比，更是要擴(kuò)大矩形柱和異形柱煮面面積的比值，才能進(jìn)行下一步計(jì)算。

3.2 取最小總配筋率

在截面內(nèi)受力縱筋的比例為總配筋率，那么異形柱在取其總配筋率的對(duì)應(yīng)值時(shí)，要提高肢端配筋率，并結(jié)合實(shí)際工程的具體情況取其最小值。

3.3 配筋的設(shè)計(jì)

首先，如果是同一截面框架柱的設(shè)計(jì)，可以采用相同直徑為14mm～25mm范圍內(nèi)的鋼筋作為縱向受力鋼筋，在間距超過了250mm以后，就要設(shè)置縱向構(gòu)造筋，確保其直徑必須超過12mm，并且注意設(shè)置拉筋，間距為對(duì)應(yīng)比較物截面厚度的兩倍。如果間距不超過200mm，那么在每排則不能設(shè)置超過2根的縱向受力鋼筋，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度必須超過135mm，并保證彎鉤的斷頭直段長(zhǎng)度在10al以上。

其次，在對(duì)框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，如果異形柱肢寬與等框架梁截面的寬度相同，或是在其寬度每側(cè)凸出不超過邊柱的50mm，那么在梁四角邊上的縱向受力鋼筋必須設(shè)置超過800mm的立柱邊，如果坡度滿足了不超過二十五分之一的要求，那么框架的節(jié)點(diǎn)需要彎折伸入縱向柱筋，但是要注意無論任何一側(cè)凸出都要超過柱邊的50mm，縱向受力鋼筋伸入梁柱節(jié)點(diǎn)中則可以直接在側(cè)梁角位置從外側(cè)方向深入肢柱筋。

最后，在連接柱與填充墻時(shí)，比較常用的技術(shù)為輕質(zhì)墻體材料的連接，在進(jìn)行砌體填充墻連接時(shí)，在與框架的連接位置必須沿著500mm砌體高度進(jìn)行對(duì)應(yīng)倍數(shù)鋼筋柱拉結(jié)，還要注意在柱每邊伸出能夠進(jìn)入到墻內(nèi)的鋼筋，保證其進(jìn)入長(zhǎng)度，沿著填充墻全長(zhǎng)設(shè)置Ⅱ、Ⅲ級(jí)抗震，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度不能比填充墻長(zhǎng)度的五分之一少。

3.4 其他要點(diǎn)補(bǔ)充

因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)受到多種因素的影響，因此要注意鋼筋材料的選擇，具體的要求根據(jù)實(shí)際情況決定，當(dāng)前大多采用HRB400鋼筋。另外，在對(duì)梁板和柱進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)是C30與C35，這個(gè)要求與混凝土異形柱結(jié)構(gòu)一樣。如果要達(dá)到不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求，，那么對(duì)應(yīng)的水平位移平均值確定為1.22，即樓層豎向構(gòu)建最大水平和兩端彈性水平、層間位移的比值為1.22，這個(gè)值比上述的1.45值更小，因此要求也相對(duì)較小，以實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的效應(yīng)。在對(duì)梁、柱的截面構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要求異形柱面肢厚設(shè)計(jì)保持在200mm～300mm范圍內(nèi)，確保肢高超過500mm，對(duì)應(yīng)的框架梁面的高度在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要考慮在400mm以上，因此，設(shè)計(jì)過程中就要保證柱面與梁面寬度相同。

4 結(jié)束語

綜上所述，建筑異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)該是當(dāng)前我國(guó)建筑市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的一種建筑結(jié)構(gòu)，其還具備了非常廣闊的發(fā)展前景，遠(yuǎn)比普通混凝土矩形柱的發(fā)展?jié)摿Ω蟾鼜V。因此，從事建筑設(shè)計(jì)的工作人員需要針對(duì)當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)審時(shí)度勢(shì)，將建筑用戶需求與行業(yè)發(fā)展相結(jié)合，全面深入地了解異形柱結(jié)構(gòu)知識(shí)，特別是關(guān)于控制影響結(jié)構(gòu)破壞的相關(guān)理論，并從理論知識(shí)中分析各種軟件建模的數(shù)據(jù)與信息，最終保障自己的建筑作品實(shí)現(xiàn)美觀與使用的市場(chǎng)要求。

[1] 詹忠綺.高層建筑短肢剪力墻與異形柱結(jié)構(gòu)受力分析與設(shè)計(jì)[J].工程設(shè)計(jì),2016,12(26):216～217.

[2] 孔令倉.框支短肢剪力墻結(jié)構(gòu)布置及落地墻抗震性能的研究[D].西安建筑科技大學(xué),2014,12(11):28～29.

[3] 梅神兵,李學(xué)芳.建筑異形柱結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)研究[J].江西建材,2015,17(170):28～29.

[4] 李景,余文琪.芻議建筑異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配筋[J].低碳世界,2014,12(16):256～257.