以異型柱框架為例淺淡房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)應用

何偉

（甘肅泓文建筑設(shè)計有限責任公司，甘肅蘭州 730000）

0 引言

在現(xiàn)代建筑市場發(fā)展過程中，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化已經(jīng)成為各企業(yè)提升自身核心競爭力的關(guān)鍵部分，然而受現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)設(shè)計體系應用影響，房屋建筑工程設(shè)計復雜性大幅提升，需要技術(shù)人員以現(xiàn)代化發(fā)展為切入點，圍繞工程實際需求這一核心，進一步提升結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、牢固性，確保整體結(jié)構(gòu)滿足協(xié)調(diào)性需求，進而實現(xiàn)提升房屋建筑結(jié)構(gòu)整體規(guī)劃水平目的，同時也為后續(xù)主體工程建設(shè)高水平開展提供有力保障。

1 異型柱框架結(jié)構(gòu)受力特征

1.1 異型柱結(jié)構(gòu)級剪力墻結(jié)構(gòu)受力特征差異性

技術(shù)人員在針對不同結(jié)構(gòu)特征進行分析后發(fā)現(xiàn)，異型柱結(jié)構(gòu)是將框架結(jié)構(gòu)以及短肢剪力墻進行充分結(jié)合。但是從結(jié)構(gòu)以及受力方式層面分析，異型柱結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)之間存在較大差異性。

異型柱結(jié)構(gòu)泛指不規(guī)則截面柱體，其柱肢截面厚度比控制在4 以下，相較于常規(guī)截面柱，其在受力方面存在一定獨特性。同時在建筑設(shè)計中，要求實用功能以及建筑美學之間相適應，由此，異型柱在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)實際中取得較為廣泛的應用[1]。除受力性能較為優(yōu)越外，適應性也是該結(jié)構(gòu)得到廣泛應用的重要因素之一，優(yōu)勢集中表現(xiàn)在滿足房間在分隔墻交點處的要求，確保平面范圍內(nèi)其承受的剛度得以均勻分散。在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，橫、縱梁之間不貫通的情況屢見不鮮，這就使得建筑結(jié)構(gòu)難以有效轉(zhuǎn)換為平面，進而導致平面結(jié)構(gòu)計算工作受阻，通過應用異型柱結(jié)構(gòu)可以有效解決此類問題。當前應用較為廣泛的異型柱主要包含L 形、T 形、十字形等，通過異型柱以及重量輕的砌體填筑至建筑結(jié)構(gòu)之中可以有效確保立面結(jié)構(gòu)均勻性，促使其在彈性方面具備共同工作性特征。通常情況下，異型柱框架結(jié)構(gòu)寬厚比在2.5～4.5 區(qū)間范圍內(nèi)，其柱肢具備狹長且厚度小的顯著特征，在需要進行雙向壓彎過程中可以表現(xiàn)出較為顯著的效應。

1.2 異型柱節(jié)點受力功能

通常情況下此類結(jié)構(gòu)僅由一根對稱軸或不涉及對稱軸。從荷載角度進行分析可知，具備較為敏感的方向角，主要原因在于其抗扭曲剛度較低，一旦出現(xiàn)偏心或不對稱情況，即會導致扭曲力呈現(xiàn)出顯著下降情況，通過對截面結(jié)構(gòu)進行分析可知，柱肢角是此類結(jié)構(gòu)中較為脆弱的部分，其狹長的特性會導致梁柱中存在較多的重疊部分，進而使得梁端部分形成一定范圍的剛域[2]。而異型柱節(jié)點部分的顯著特點在于節(jié)點區(qū)大且薄，在彈性階段會出現(xiàn)因節(jié)點處變形導致的結(jié)構(gòu)變形，進而導致建筑結(jié)構(gòu)受到相應影響。就異形柱的節(jié)點和矩形柱的節(jié)點來說，其中存在的不同非常明顯。由于梁柱的厚度比較薄，混凝土振搗工作的進行可能不那么順利，密實度也會受到很大影響。梁柱交接位置處的應力非常集中。這就導致節(jié)點核心位置處的有效體積明顯被大幅度削減，導致節(jié)點抗力縮小，起到強化節(jié)點受力功能的作用。

2 工程案例概述

為詳細說明基于異型柱的建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，本文選取某住宅工程為例進行研究。案例工程為某地區(qū)6層住宅樓工程。設(shè)計人員對于建筑使用功能要求，決定采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土異型柱框架，在兩個方向上設(shè)計拉結(jié)。同時在綜合建筑使用要求考慮下，設(shè)計人員將柱網(wǎng)設(shè)定在5m 范圍內(nèi)，采用矩形柱填補無需設(shè)置異型柱的區(qū)域，異形框架柱、梁寬度設(shè)計為200mm，利用非承重粘土空心磚進行磚砌填充墻，其質(zhì)量分數(shù)控制在9.4kN/m3。

本工程梁板混凝土強度等級采用C25，由于底部兩層軸力較大，柱肢長又不能加得太長，故柱混凝土強度等級底部兩層采用C30，二層以上采用C25；根據(jù)SATWE 計算結(jié)果，異形柱的最大軸壓比為0.6，最大層間位移角為1/1239，滿足要求。

3 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)計算參數(shù)優(yōu)化

工程設(shè)計人員在實際工作過程中充分認識到異型柱結(jié)構(gòu)受其不對稱布置影響，出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形的情況較為顯著，而忽視此方面內(nèi)容會導致建筑安全性大幅下降，由此，設(shè)計在對建筑結(jié)構(gòu)地震作用進行計算工程中在明顯不對稱區(qū)域采用CQC法進行計算。

考慮到異型柱具備較強的空間方向性，因此，工程技術(shù)人員在輸入風及地震作用影響時添加不同方向角的荷載工況，確保截面柱設(shè)計過程中可以明確最不利內(nèi)力組合[3]。

工程設(shè)計人員考慮到計算程序運行過程中會自動依照柱形心軸進行計算，依照異性截面柱形式輸入異型柱進行計算時會導致柱剛度偏小，因此，設(shè)計人員在進行計算過程中輸入地震作用方法參數(shù)以實現(xiàn)修正目的。

異型柱和填充墻的共同工作良好，在計算結(jié)構(gòu)基本自振周期時，可考慮適當?shù)恼蹨p系數(shù)，對異型柱框架結(jié)構(gòu)，折減系數(shù)在0.65～0.70 區(qū)間范圍內(nèi)進行取值。

當肢高厚比大于4 時，宜添加梁端剛域，以便更準確地反映異型柱結(jié)構(gòu)的受力特性。

案例工程設(shè)計人員在實際工作過程中考慮到角柱所受垂直荷載相對較小，因此，在設(shè)計進行設(shè)計過程中通常采用較小的截面，而這種情況會導致角柱在地震荷載作用下產(chǎn)生偏心受拉的狀態(tài)，因此，設(shè)計人員針對此情況進行相應的強化，將角柱邊長控制在600mm 以上，縱向鋼筋縱總配筋率控制在1%以上。

設(shè)計人員在工作中為滿足軸壓比要求，對柱混凝土強度進行分別設(shè)計，底部兩層采用C30 混凝土，二層以上采用C25混凝土。

3.2 梁柱配筋構(gòu)造優(yōu)化

案例工程設(shè)計人員在實際工作過程中依據(jù)建筑功能要求，在底層柱方面采用帶暗樁的異型柱設(shè)計，暗樁部分設(shè)置在距柱肢端部，依照柱肢厚度0.5 倍以上區(qū)域進行設(shè)置。暗樁主要采用柱肢端部縱筋以及附加的2Φ14 的構(gòu)造縱筋與封閉箍筋組成，暗樁箍筋采用與柱本身箍筋相同的設(shè)計。

設(shè)計人員依照實際需求，在首層以及第二層中選擇其中之一采用Φ10 箍筋設(shè)計，并根據(jù)實際需求在Φ10或是＜8范圍內(nèi)進行相應調(diào)整。

設(shè)計人員在實際工作過程中依照相關(guān)工程設(shè)計規(guī)章制度要求，使梁端縱向受拉鋼筋滿足最大配筋率要求。同時針對部分基礎(chǔ)埋深較大的區(qū)域，技術(shù)人員考慮到異型柱長細比較大，決定將地梁以下異型柱改為矩形柱，進而是確?；A(chǔ)定位要求得以滿足，使形心以及上部柱形心之間形成統(tǒng)一局面。

4 總結(jié)

綜上所述，在當前新時期背景下，民眾對建筑性能提出更高的要求。因此，本文以異型柱框架為例，結(jié)合實際工程對其建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化進行研究。案例工程依據(jù)文中闡述方案進行施工，最終成果滿足經(jīng)濟性要求，同時建筑安全性也得到顯著提升，由此，工程經(jīng)驗具備參考價值。