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1、异形柱结构设计在建筑小高层中的应用分析- 建筑论文异形柱结构设计在建筑小高层中的应用分析赵 堃（河北森柏源建筑工程有限公司河北 邯郸 056003 ）【摘 要】在工程中使用异形柱结构进行设计，不仅具有较好的抗震效果，而且异形柱结构在建筑工程中逐渐推广应用也是新时期建筑业发展最新要求。本文主要讨论异形柱结构特征以及它在小高层建筑中的应用。关键词 异形柱结构；小高层；建筑；抗震构造要求1. 异形柱结构受力特征（1 ）异形柱结构是一种新型的建筑结构形式，它对于建筑结构合理设计、建筑美观以及抗震功能都有一定影响作用。异形柱结构在小高层建筑中的应用非常广泛，它利用一定的结构设计原理将受力结构进行合理的设
2、计与分布，与传统的建筑柱结构相比， 不仅能够满足现代建筑的一些发展或者设计需求，而且对于节约建筑工程施工投资也有一定的积极作用，拥有一定的社会效益与经济效益。异形柱结构多用于地震烈度相对较低的地区中。另外，异形柱结构对于构造与轴压比的控制要相对严格， 在异形柱结构中尽量不要使用一字形的扁平异形柱。在进行异形柱结构应用中要考虑该地区的地震力放大系数和自振周期折减。而对于计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期，应考虑非承重填充墙体对结构整体刚度的影响予以折减。（2 ）异形柱结构的受力具有以下特点。首先异形柱的延性是结构抗震的一个重要指标， 而异形柱的延性主要与轴压比、箍筋的直径与间距、 荷载角
3、等因素有关。其次异形柱本身的多肢， 使其剪力中心与截面形心不重合，一般是双向偏压受力构件，受力后各肢将产生翘曲正应力和剪应力，剪应力使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝， 即产生腹剪裂缝， 导致异形柱脆性明显， 使异形柱的变形能力比普通矩形柱低。 另外，由于异形柱结构的节点处构造相对复杂，异形柱周长与等面积矩形或方形柱的周长相比明显要大，因此建筑工程中混凝土保护层脱落后的截面削弱更为严重，地震作用下异形柱的耗能能力会大幅降低。T 形柱与L 形柱节点受到斜压破坏作用，矩形柱节点受到剪压破坏后，异形柱结构和矩形柱节点都有良好的抗震性能，即使在地震作用下也能承受较大的剪切变形能力，但在同样条件下的试验
4、对比，前者的承载能力低于后者。2. 异形柱结构的构造要求（ 1）异形柱结构的混凝土材料强度等级要求要在 C25 到 C50 之间，并且异形柱结构的纵向受力钢均应采用满足一定要求级别的钢筋， 异形柱结构的箍筋要使用 HRB335 、 HRB400 或者 HP235B 钢筋。其次异形柱截面肢高与肢厚的比值最低要在200 毫米以上，异形柱结构的肢高以及异形柱结构的框架梁截面高度和进行异形柱结构建筑的抗震性能设计也要符合一定的标准，不进行抗震设计的异形柱结构建筑的抗震性能也要在一定的标准范围内，同时，异形柱结构的截面宽度不应比异形柱结构建筑的截面高度小，而且差值要控制在一定的范围内。（2 ）对于异形柱
5、结构的轴压比要求比普通的框架柱结构的轴压比要严格，由于各地的具体情况不同，因此在对于异形柱结构的轴压比要求上也各有不同。尤其是对于像 T 形、L 形或者十字形柱的轴压比限值要求要更加严格。另外，对于异形柱的在建筑工程中由于受到外力作用时的水平位移值也有一定的限制范围。一般情况下，对于最大层间位移角，异形柱的框架结构为1/600 。异形柱的施工配筋要求在同一个建筑截面内，异形柱的纵向受力钢筋要使用相同直径的钢筋材料进行施工建设，并且钢筋直径不能超过25mm ，而且钢筋直径也不能小于 14mm ；异形柱的纵向受力钢筋之间的净距离要控制在 50mm 以上，尤其是在异形柱结构的二、三级时候，异形柱的纵
6、向钢筋的间距不能超过 200mm 。而对于异形柱框架梁的配筋材料在进行纵向的受力钢筋材料选择时， 要根据配筋面积选择较大直径的钢筋， 施工过程中，异形柱每排钢筋一般不要多于 2 根，如果每排钢筋分布超过两根， 那么需要分成 2 排进行布置，以避免异形柱的柱与梁截面的关系，造成框架梁与柱的节点处钢筋过于密集。3. 异形柱结构在小高层建筑中的应用（1 ）异形柱结构在小高层建筑中的应用非常广泛，因为异形柱结构能够为小高层建筑带来建筑外形美观，结构受力合理的优势。（ 2 ）某地一栋 8 层宿舍楼采用异形柱结构小高层。该宿舍楼采用人工挖孔桩基础，上部采用的是是框架结构设计，建筑总高度为 26 米，宿舍楼
7、建筑标准层层高为 3.1 米，首层建筑层高为 3.9 米。该宿舍楼在设计时要求建筑整体要大方美观，而且宿舍楼内不能出现建筑外露柱体，因此在设计时该宿舍楼采用了异形柱结构。建筑工程场地类别为类，地震烈度为7 度 0.1g 对于建筑工程的结构变形弹性控制也有一定的要求，因此根据这些情况， 该宿舍楼进行了异形柱结构（方案一）和普通矩形柱框架结构 （方案二）两种设计方案， 并通过对比分析，选择最合适的设计方案。（ 3 ）采用异形柱结构方案如下图 1 所示。混凝土异形柱结构对于建筑工程的适应范围或建筑的高度要求如下表 1 所示。（4 ）在上述的异形柱结构设计方案中，异形柱的框架或剪力墙结构在一些一般的震
8、动或者地震作用情况下， 如果结构的框架部分承受地震倾覆作用力矩比结构总地震倾覆力矩大时，并作用力矩值差超过50% 时，其适用的房屋最大高度可比框架结构适当增加。又由于该宿舍楼的建筑高度是26 米，因此在使用异形柱结构施工方案时， 建筑左右两端的楼梯位置旁设置有剪力墙，而且四层以下的建筑局部设置了短肢剪力墙， 其承受的地震倾覆力矩小于结构总地震倾覆力矩的 50% ，可满足此项规定。（ 5 ）同时，又由于混凝土异形柱结构技术规程对于异形LL 柱结构的抗震等级有明确的规定， 剪力墙的抗震等级为三级。 所以，如果异形柱结构柱体受到水平荷载的作用影响， 发生弯曲或受剪、 受扭等作用力， 竖向荷载作用下变
9、成双向压弯构件， 各肢将产生翘曲正应力和剪应力，使柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝。另外，该宿舍楼中异形柱的轴压比限值分别按照相关要求进行设定，以提高建筑异形柱的延性。（ 6 ）方案二中采用普通矩形柱框架结构如下图 2 所示。首先要满足宿舍内不外漏柱体的要求， 其次异形柱的等效面积比矩形柱的截面面积要大一些， 但是运用异形柱结构的抗侧刚度比采用普通矩形柱框架结构大， 而且底部剪力也要比普通矩形柱框架结构大。因此，使用异形柱结构更加满足该宿舍楼的相关要求。4. 结论异形柱结构不仅设计灵活，而且建筑形式多样美观，能更好的满足现代建筑的要求，特别适合在小高层中采用，具有良好的经济和社会效益。参考文献
10、1 李静，姚立波 .应用计算机辅助设计计算异形柱结构的几点注意事项J.黑龙江水利科技 .2007 （5 ）. 2 沈光荣 .关于小高层中异形柱结构的应用 J.城市建设理论研究 .2011（ 24）.3 施晓 .钢筋混凝土异形柱框架- 剪力墙结构在小高层住宅设计中的应用 J.铁道标准设计 .2008 （11 ）. 4 马乐为，吴敏哲 .12 层异形柱小型混凝土空心砌块组合结构拟动力试验研究 J.世界地震工程 .2002 （4）. 5 李立军 .异型柱结构在小高层及高层设计中的应用 J .科技创新导报.2011 （27 ）.6 施永昌，田炜，季征宇，黄磊.宽肢异形柱结构体系研究和工程实践“小高层墙柱组合结构体系研究”课题介绍J.上海建设科技 .2002 （3）.)文章编号 1006-7619（2015 ） 06-28-619