對(duì)異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用的探討

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摘要：隨著建筑結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，柱截面的形式也在不斷發(fā)生著變革，與此同時(shí)，異形柱的結(jié)構(gòu)也隨之誕生，并被廣泛的應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，雖然異形柱結(jié)構(gòu)的起步較晚，而在近些年的發(fā)展中，異形柱卻得到廣大建筑開(kāi)發(fā)商以及用戶(hù)的認(rèn)可，同時(shí)在科技不斷發(fā)展的過(guò)程中，對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和創(chuàng)新工作也在不斷的進(jìn)行著，對(duì)推動(dòng)建筑行業(yè)的快速發(fā)展有著一定的作用。

關(guān)鍵詞：異形柱；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用；受力性能

前言

異形柱結(jié)構(gòu)主要由異形柱、剪力墻、框架梁等結(jié)構(gòu)組成，異形柱的應(yīng)用可以達(dá)到同時(shí)承受縱向荷載和橫向荷載，并被廣泛的應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮出異形柱的功能，為提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量做出了巨大的貢獻(xiàn)，當(dāng)然，在異形柱應(yīng)用的過(guò)程中，還需要了解其受力性能以及應(yīng)用過(guò)程中的要點(diǎn)，對(duì)此，本文主要對(duì)異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 異形柱受力性能分析

1.1 異形柱的承載能力

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，會(huì)應(yīng)用到大量的異形柱來(lái)實(shí)現(xiàn)承載的作用[1]。異形柱的承載能力與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用的矩形柱有著很大的區(qū)別，異形柱主要是由多肢組成的，而且，異形柱的柱肢寬度與柱肢截面的高度比值一般會(huì)在2.25-4.35之間，另外，由于墻肢平面的內(nèi)外兩個(gè)方向的剛度比比較大，使得各項(xiàng)剛度也出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象，也使得異形柱的各個(gè)方向承載力有著很大的差別。

1.2 異形柱的變形特征

一般情況下，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果建筑的層高超過(guò)了3.0m的話(huà)，異形柱所采用肢的厚度也將高出200m，這樣才能滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的承載能力要求，從而保證異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的質(zhì)量[2]。另外，近些年異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行業(yè)得到廣泛的推廣，而且，為了能夠讓異形柱獲取足夠的承載力，一般對(duì)異形柱的選取應(yīng)選擇合適的大小，這樣才能確保異形柱的承載力滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，從而有效的提高異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效率。當(dāng)然，在異形柱應(yīng)用的過(guò)程中，還可能因柱剪跨比過(guò)小，而形成短柱的現(xiàn)象，使得異形柱出現(xiàn)彎曲變形，延性較差，不利于異形柱的可持續(xù)運(yùn)用。

1.3 異形柱的破壞原理

眾所周知，異形柱具有多肢的特點(diǎn)，在受力的情況下，往往會(huì)通過(guò)各個(gè)柱交點(diǎn)處的核心混凝土進(jìn)行協(xié)調(diào)變形，將這個(gè)過(guò)程叫做異形柱的變形協(xié)調(diào)[3]。然而，在變形協(xié)調(diào)進(jìn)行的過(guò)程中，會(huì)使異形柱內(nèi)存在大小不同的剪應(yīng)力、翹曲應(yīng)力等，尤其是剪應(yīng)力的存在，可能會(huì)造成異形柱肢結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。一旦異形柱產(chǎn)生腹剪裂縫的話(huà)，將會(huì)使異形柱各肢的核心混凝土處形成三向剪力的狀態(tài)，從而導(dǎo)致異形柱結(jié)構(gòu)自身的脆性增加，使得異形柱的變形要比普通柱的變形降低，很容易受到破壞。另外，通過(guò)對(duì)異形柱應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大量實(shí)踐中調(diào)查分析，對(duì)異形柱存在破壞影響的因素主要有軸壓比、配箍率、縱筋直徑與箍筋間距比、剪跨比、荷載力等。因此，在異形柱應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際的情況，做好相應(yīng)的計(jì)算分析，這樣才能將具有特殊性、復(fù)雜性的異形柱有效的應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并將其作用充分的發(fā)揮出來(lái)。

2 異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析

2.1 異形柱的配筋構(gòu)造

一般情況下，異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，是需要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，來(lái)合理配置異形柱的鋼筋結(jié)構(gòu)，異形柱截面內(nèi)的鋼筋結(jié)構(gòu)同樣也是起到保障異形柱在受力的情況下不會(huì)發(fā)生變形的關(guān)鍵性因素[4]。而從異形柱截面的特點(diǎn)來(lái)分析，異形柱肢端部位經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)較大的應(yīng)力，再加上梁作用在柱肢上不均勻的應(yīng)力，會(huì)產(chǎn)生越靠近肢端的應(yīng)力就會(huì)越大，而且也會(huì)對(duì)柱肢形成一項(xiàng)偏心的壓力，從而加大了異形柱肢端壓的壓應(yīng)力，如果對(duì)異形柱配筋構(gòu)造間距計(jì)算不合理的話(huà)，很可能會(huì)對(duì)異形柱的結(jié)構(gòu)造成破壞，從而影響到建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此，在將異形柱應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中時(shí)，應(yīng)按照需求合理計(jì)算縱向的受力鋼筋，并將其集中布置在柱肢與肢端交接處的內(nèi)折角區(qū)域內(nèi)，同時(shí)，應(yīng)確保異形柱配筋構(gòu)造的其他部位鋼筋間距的設(shè)置是否均勻，同時(shí)要保證所設(shè)置構(gòu)造鋼筋之間的間距在200mm以?xún)?nèi)，直徑可選擇14mm左右，而且應(yīng)設(shè)拉筋直徑和間距同柱箍筋，通過(guò)對(duì)構(gòu)造的這樣設(shè)計(jì)，可以有效的防止異形柱肢混凝土出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，從而有效的避免應(yīng)力對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的影響，提高異形柱的局部抗剪強(qiáng)度以及變形能力。

另外，在設(shè)置柱箍筋時(shí)，應(yīng)通過(guò)合理的計(jì)算來(lái)確定柱箍筋的各項(xiàng)參數(shù)，不僅要求柱箍筋達(dá)到抗剪力的要求，同時(shí)要具備約束混凝土結(jié)構(gòu)變形的功能，并增大其結(jié)構(gòu)的延性，將異形柱的作用最大程度的發(fā)揮出來(lái)[5]。此外，根據(jù)異形柱的特點(diǎn)來(lái)分析，異形柱不易于形成多肢的復(fù)合箍，因此，異形柱的配筋率只能通過(guò)加密箍筋的間距以及加大箍筋的直徑等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)柱箍筋的設(shè)置，也就是說(shuō)，在相同配箍率之下，配筋的直徑越大，柱箍筋的延性指標(biāo)就越好，其異形柱的性能也就越高。

2.2 異形柱其余構(gòu)造截面的要求

隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也會(huì)根據(jù)建筑功能、使用等方面的不同趨于多樣化設(shè)計(jì)，其中會(huì)應(yīng)用到大量的異形柱，除了以上對(duì)應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中異形柱的配筋構(gòu)造提出一定的要求之外，還要確保異形柱各個(gè)截面滿(mǎn)足相應(yīng)的要求。具體要求如下：

①異形柱的應(yīng)用，要避免采用Z字形，其主要原因是Z字形因截面柱的受力復(fù)雜，使得柱肢存在剪應(yīng)力以及翹曲應(yīng)力，再加上柱腹板存在較大扭矩作用，受到復(fù)雜應(yīng)力的影響會(huì)對(duì)異形柱的結(jié)構(gòu)造成破壞，從而影響到異形柱功能的發(fā)揮。

②異形柱的應(yīng)用應(yīng)避免采用一字形，其主要原因是一字形截面柱肢過(guò)薄，而且在沒(méi)有翼緣的約束下，截面柱的平面外剛度相對(duì)較差，尤其是在一側(cè)搭梁的情況下，可能會(huì)在地震的作用下，對(duì)其結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞，這都是異形柱其余構(gòu)造截面應(yīng)注意的要求。

③眾所周知，異形柱由很多柱所組成，在應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中時(shí)，應(yīng)避免使用短柱或是極短柱的應(yīng)用，要確保應(yīng)用的異形柱的剪跨比不應(yīng)<2，這樣才能有效的避免或降低地震作用下對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞。

④除了以上提出的幾點(diǎn)要求之外，還應(yīng)注意異形柱截面各個(gè)肢的肢厚比、肢高等，要確保這兩項(xiàng)系數(shù)<4.5，同時(shí)，要確保肢厚>200mm。一旦肢厚<200mm的情況下，就會(huì)造成異形柱梁柱節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域鋼筋設(shè)置比較困難，而且，鋼筋與混凝土的錨固強(qiáng)度也會(huì)存在很大的不足，從而對(duì)異形柱的結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生極大的影響。

異形柱作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，然而，在以往異形柱應(yīng)用的過(guò)程中，經(jīng)常因應(yīng)用的不合理而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響，因此，在異形柱應(yīng)用的過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行，了解相應(yīng)的注意事項(xiàng)，將異形柱的作用充分的發(fā)揮出來(lái)[6]。通過(guò)以上對(duì)異形柱其余構(gòu)造截面的要求分析，本人主要針對(duì)異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生的幾方面問(wèn)題的注意要求展開(kāi)分析，能夠嚴(yán)格按照截面要求進(jìn)行設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)異形柱的受力性能、抗震性能等有著直接的影響，因此，以上提到的幾方面要求相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員必須將其重視起來(lái)，這樣才能切實(shí)有效的提高異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果。

總結(jié)

綜上所述，隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，近些年異形柱設(shè)計(jì)逐漸被重視起來(lái)。作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要組成部分，異形柱結(jié)構(gòu)已被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，完全能夠達(dá)到建筑結(jié)構(gòu)功能、使用的要求。異形柱由于自身的優(yōu)點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，以及促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展將會(huì)起到很大的作用。通過(guò)本文對(duì)異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析，作者結(jié)合自身多年的工作經(jīng)驗(yàn)，以及自身對(duì)異形柱的認(rèn)識(shí)和了解，主要從異形柱的承載能力、異形柱的變形特征、異形柱的破壞原理以及異形柱在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)構(gòu)造進(jìn)行分析，希望通過(guò)本文的分析，對(duì)提高異形柱結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用效果以及促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展提出相應(yīng)的建議。

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