異形柱框架結(jié)構(gòu)在民用建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

楊樹廣

摘 要：在技術(shù)不斷革新與改善的背景下，異形柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)用率逐年走高，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的建筑相比，異形柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)較為明顯，尤其是可以提高住宅建筑內(nèi)部平面設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，有效地提高空間利用效率，即在相同的建筑面積下可以提供更大的使用面積。因此文章結(jié)合實(shí)例，就異形柱框架結(jié)構(gòu)在民用建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開分析。

關(guān)鍵詞：異形柱框架結(jié)構(gòu);民用建筑;設(shè)計(jì);應(yīng)用

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，異形柱框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用可以在最大程度上貼合于建筑工程在平面上的使用需要，保持異形柱肢厚度等同于輕質(zhì)填充墻，從而避免在室內(nèi)出現(xiàn)柱結(jié)構(gòu)的棱角與梁邊，顯著增加了室內(nèi)可用面積。當(dāng)前異形柱已經(jīng)在公寓、住宅建筑以及辦公樓建筑的設(shè)計(jì)中得到了一定的推廣與應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)予以重視。

1 異形柱概述

異形柱（Specially shaped column）主要是指截面形狀不同于常規(guī)矩形截面的柱，多在滿足柱基本要求的前提下，根據(jù)建筑功能、建筑設(shè)計(jì)需求而定。目前較為常見的異形柱主要有 L 形（以角柱為主）、十字形（以中柱為主）、T形（以邊柱為主）等類型。將異形柱科學(xué)運(yùn)用于多層鋼筋混凝土架框架結(jié)構(gòu)中，可有效改善傳統(tǒng)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)存在的不足，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)性能。例如，針對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)力差，水平方向易受力影響發(fā)生位移這一問題，可利用異形柱適當(dāng)增強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)水平方向抗力。即根據(jù)多層建筑實(shí)際情況，將0.5m×0.5m方形柱，分成0.5m×0.25m的兩個(gè)長(zhǎng)方形柱后組成角柱或邊柱，這樣能夠在保證豎直方向截面邊長(zhǎng)（0.5m）不變的情況下，延長(zhǎng)水平方向的截面邊長(zhǎng)（0.75m），從而增加水平方向截面積，提升邊框結(jié)構(gòu)水平方向剛度，增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

又如，針對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)各層受力不均衡，由下至上受力逐漸減小這一特征。在進(jìn)行鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)改造時(shí)，通常利用分層設(shè)計(jì)法進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)梁柱截面調(diào)整，讓各層結(jié)構(gòu)受力均衡，保證實(shí)際受力與設(shè)計(jì)受力分布的相統(tǒng)一。相對(duì)于矩形柱而言，異形柱的運(yùn)用能夠讓鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)分層設(shè)計(jì)更具簡(jiǎn)便性。例如，針對(duì)多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)底層柱抗壓抗剪承載力要求高這一特征，可在不大幅度改變空間設(shè)計(jì)的前提下，靈活運(yùn)用T形柱、L形柱適當(dāng)增加底層柱橫截面積，提升底層柱抗壓抗剪承載力;可在確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的前提下，進(jìn)行中層異形柱截面調(diào)整，達(dá)到分層設(shè)計(jì)目的，降低框架結(jié)構(gòu)縱向力與彎矩作用的不利影響。

再如，針對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)受力集中這一特征。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，可利用異形柱在梁柱相交位置配置加固腳，增加框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定性的同時(shí)，提升室內(nèi)感官體驗(yàn)，節(jié)約結(jié)構(gòu)施工投入成本，讓鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)更具穩(wěn)定性、安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、可控性。以某多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑項(xiàng)目為例，建筑項(xiàng)目屬房屋住宅項(xiàng)目，樓高約為30m，抗震設(shè)防烈度 6度。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，底層柱、樓梯、矩形柱不適宜地方均采用異形柱。相對(duì)傳統(tǒng)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)而言，建筑材料（以鋼筋、混凝土材料為主）節(jié)約 10%，建筑項(xiàng)目整體施工成本得到有效控制。此外，在異形柱應(yīng)用過程中，針對(duì)抗震性能設(shè)計(jì)要求相對(duì)較高的建筑項(xiàng)目，可根據(jù)實(shí)際需求，在異形柱中配置暗柱，提升異形柱承載力，讓框架結(jié)構(gòu)抗震能力達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，增強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)使用性能。

2 工程實(shí)例分析

某民用住宅工程為6層，對(duì)建筑平面以及立面的結(jié)構(gòu)形式均有較高的要求。為了避免影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要針對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用進(jìn)行分析，確定施工標(biāo)準(zhǔn)與關(guān)鍵、細(xì)節(jié)部位的結(jié)構(gòu)參數(shù)，保證工程的穩(wěn)定性的同時(shí)發(fā)揮出異形柱結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

3 異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 框架柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

異形柱形式的選擇。現(xiàn)階段常用的異形柱應(yīng)用形式主要有三個(gè)類型，分別是十字型、T字型以及L型，由于該工程對(duì)結(jié)構(gòu)要求較高，因此應(yīng)當(dāng)采用雙排布置的結(jié)構(gòu)形式。如果框架柱的截面相同，需要保持受力鋼筋的直徑也相同。在正常情況下，可以將鋼筋直徑控制在14～25mm;如果鋼筋間距在250mm以上，則應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況來(lái)考慮是否應(yīng)當(dāng)設(shè)置縱向結(jié)構(gòu)鋼筋，如有應(yīng)用縱向結(jié)構(gòu)鋼筋的需求，可將其直徑設(shè)置在12mm以內(nèi)，框架柱截面較大時(shí)可增設(shè)拉筋，并保證拉筋間距控制在箍筋間距的2倍或以內(nèi)。（2）柱截面厚度小于200mm時(shí)，縱向受力鋼筋每排不應(yīng)多于2根;肢厚在200-250mm時(shí)，每排鋼筋不應(yīng)多于3根，必要時(shí)可以分二排設(shè)置，二排鋼筋之間的凈距不應(yīng)小于50mm。在工程對(duì)建筑結(jié)構(gòu)形式有特殊要求的情況下，還應(yīng)在柱子截面中設(shè)置2排鋼筋，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。（3）配筋率的計(jì)算。配筋率的計(jì)算與建筑抗震等級(jí)密切相關(guān)，具體需要注意以下幾點(diǎn)：如果該建筑工程抗震烈度為6度，應(yīng)當(dāng)保證中柱與邊柱的縱筋配筋率不低于 0.7%，而在角柱部位，配筋率則要達(dá)到0.9%。如果該建筑工程抗震烈度為7度，應(yīng)當(dāng)保證中柱與邊柱的縱筋配筋率不低于0.6%，角柱的配筋率則要達(dá)到0.8%?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于二級(jí)和三級(jí)則不宜大于3%。（4）框架柱的箍筋。箍筋是異形柱結(jié)構(gòu)的重要環(huán)節(jié)，當(dāng)前我國(guó)對(duì)于異形柱箍筋也提出了明確的要求，須采用復(fù)合配箍形式，嚴(yán)禁使用具有內(nèi)折角的鋼筋，并采取相應(yīng)的技術(shù)手段保證鋼筋封閉效果。對(duì)于箍筋末端，可將其加工為135°的彎鉤結(jié)構(gòu)，在彎鉤端頭垂直長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)保證其長(zhǎng)度不小于鋼筋直徑的10倍。

3.2 框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

框架節(jié)點(diǎn)屬于建筑工程整體結(jié)構(gòu)中的細(xì)節(jié)部位，需要注意以下兩個(gè)問題。（1）框架梁的截面寬度與異形柱的肢寬相等或梁截面寬度每側(cè)凸出柱邊小于50mm時(shí)，在梁四角上的縱向受力鋼筋應(yīng)滿足坡度小于1/25的條件下向柱筋內(nèi)側(cè)彎折，并伸入框架節(jié)點(diǎn)內(nèi)。（2）如果框架梁任意側(cè)凸處的邊柱寬度在500mm或以上，則框架梁的縱向受力鋼筋則可以延伸到框架梁柱節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

3.3 異形柱與填充墻的連接

異形柱與填充墻之間的有效連接是保證異形柱建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵。關(guān)于填充墻材料的選擇，宜采用重量較輕的材料，不但能降低工程整體自重，而且能讓結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到保證。在框架與填充墻的交接部位，應(yīng)當(dāng)沿高度方向每500mm設(shè)置一道鋼筋，確保填充墻與框架柱之間的連接穩(wěn)定。如果填充墻的長(zhǎng)度在5m或以上，則需要在填充墻頂部與框架梁相交接處采取技術(shù)措施進(jìn)行拉結(jié)，進(jìn)一步提高異形柱與填充墻連接的可靠性。在該項(xiàng)目中，應(yīng)用了異形柱框架結(jié)構(gòu)，在室內(nèi)不露梁柱的棱角，保證室內(nèi)環(huán)境美觀的同時(shí)提高了建筑使用面積、減輕了建筑工程的自重。但是需要注意的是，異形柱結(jié)構(gòu)會(huì)縮短框架梁的長(zhǎng)度，且柱肢較薄，應(yīng)當(dāng)對(duì)異形柱的軸壓比進(jìn)行嚴(yán)格控制。

總之，在上文分析中不難發(fā)現(xiàn)，異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的建筑形式之間有較大的差異，所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)保證規(guī)范性。由于結(jié)構(gòu)柱的形式多種多樣，同時(shí)框架梁的長(zhǎng)度有所減損、柱肢也更薄，因此應(yīng)當(dāng)在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)，適當(dāng)提高其配筋率。本文針對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，以供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]董建軍，沈沖，周小軍.威海香水海項(xiàng)目鋼異形柱支撐框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2020，50（09）

[2]蘇何先，潘文，張興仙，白羽，高永林，余明坤.8度區(qū)異形柱框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)隔震研究[J].振動(dòng)與沖擊，2019，38（20）

[3]朱艷.矩形柱框架、異形柱框架與異形柱框架–剪力墻結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（16）