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异形柱设计在建筑工程中运用论文

浅谈异形柱设计在建筑工程中的运用 【摘要】随着社会的发展和科技的进步,居民对于住房的舒适、 美观要求越来越高,因此,应现代住宅建筑设计布局要求,将异形 柱能代替矩形柱,便是这种讲究中所产生的结构形式。本文认真分 析了异形柱设计、计算方法和在建筑工程中的运用并提出了自己几 点看法。 【关键词】异形柱;异形柱设计;运用 0.引言 近几年来,随着国家经济发展和人民生活水平的提高,人们对 建筑工程的要求越来越高。既要求室内平面布置灵活适应性强又可 兼顾采光外立面美观。以往北方地区多层住宅建筑结构大多采用砖 混这一传统结构,受分隔规则、开间较小、可变性差等先天因素制 约,砖混房屋无法满足人们对建筑使用功能的不同要求。 混凝土异形柱结构是以 t 形、l 形、十字形的异形截面柱代替一 般框架柱作为竖向支承构件的结构,以避免框架柱在室内凸出,少 占建筑空间,改善建筑观瞻,为建筑设计及使用功能带来灵活性和 方便性;同时结合墙体改革,采用保温、隔热、轻质、高效的墙体 材料作为框架填充墙及内隔墙,代替传统的烧结普通砖墙,以贯彻 国家关于节约能源、节约土地、利用废料、保护环境的政策。 1.异形柱的结构特点 (1)异形柱的结构。异形柱是除矩形柱和圆形柱以外的各种截 面柱子的统称,建筑工程上使用的异形柱一般有 l 形柱、十字柱、 t 形柱、y 形柱等几种。异形柱的布置原则是使楼盖分格区间的大 小均匀,尽可能的减小各方向梁板的跨度。 (2)异形柱构造要求。异形柱构造应满足现行国家施工规程、 结构设计的基本要求。异形柱在结构上,应严格遵守国家规定的设 计原则。力求结构平面整齐、刚度均匀,构件传力明确,柱的轴压 比应满足一定的要求。只有选型合理,设计构造符合规范要求,才 能使异形柱在建筑工程中得到较好应用。 (3)异形柱框轻结构平面布置原则:在异形柱结构的一个独立 结构单元内宜使结构平面形状和刚度均匀对称,明显不对称的结构 应考虑扭转对结构受力的不利影响,异形柱框架应双向设置,并宜 纵向交联;竖向布置原则:异形柱结构的竖向体型应力求规则、均 匀,避免有过大的外挑、内收以及楼层刚度沿竖向的突变。 2.异形柱的计算方法 对于多高层框架来说,对结构内力分析影响最大的是柱子的形 心主轴惯性矩,而截面面积和抗扭矩影响很小,因此只要保证将异 形柱形心主轴惯性矩正确输入电算程序中局部坐标系下的单元刚 度矩阵,就能较准确地计算出异形柱框架的内力和变形。为了使现 有的高层结构分析软件在计算异形柱框架时能够反映这一要求,应 该按照等效刚度的原则。 直接计算法。根据国内外的部分试验结果,进行统计分析,拟合 成经验公式。即按 t 型截面分别计算出纵向力作用于 x 轴及 y 轴, 考虑相应的初始偏心距增大系数后,按仅考虑两对边纵向受力钢筋 计算的偏心受压构件所能承载的纵向力 nx 和 ny,然后以初始偏心 距与截面边长的比值为参数进行修正。 先配筋再复核法。对于有经验的设计人员,在参考一些相关算 例的前提下,可以先对异形柱配筋再复核截面就显得更为简便。截 面复核时可分 x 轴和 y 轴均按 t 型截面分别复核。 3.异形柱在建筑工程中的运用 (1)异形柱的特点。由于异形柱截面不等,使得墙肢平面内外 两个方向刚度对比相差较大,导致各向刚度不一致,其各向承载能 力不同;对于长柱(h/h>4)可以不考虑剪切变形的影响,控制轴压 比较小时,受力明确,变形能力较好。而对短柱(h/h<4),剪切变 形占有相当比例,构件变形能力下降;异形柱较普通截面柱变形能 力低,脆性破坏明显;特别是异形柱不同于矩形柱,它存在着单纯 翼缘柱肢受压的情况,其延性更差。由国内外大量的试验资料和理 论分析证明,异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪 破坏等。 (2)异形柱的运用条件。钢筋混凝土异形柱,是指截面形式除 矩形、圆形以外的柱,如“t”形边柱、“十”字形中柱、“l”形角 柱等。钢筋混凝土异形柱框架结构是指仅由异形柱作为竖向构件组 成的结构体系。它的使用条件本着安全、技术先进、经济合理的设 计原则,异形柱框架结构形式适用于地震烈度 7 度及以下地区的民 用房屋,尤其适用于带错层越层的多层复杂住宅和小高层。 (3)由于在实际工作中,所布置的往往不全是异形柱,其中经 常会混合采用墙肢相对较长的剪力墙。在这类结构的计算模型输入 时,有的设计人员往往把异形柱按短肢剪力墙输入,有的甚至将异 形柱框架结构全部按短肢剪力墙输入,这样势必造成一些计算误 差,而且发现有些构件的计算误差会影响结构、构件的安全。不同 的计算模型无论对异形柱结构体系的自振周期、结构侧移,还是基 底弯矩和剪力、梁柱内力等都会产生很大的影响。 4.异形柱的运用总结 (1)随着异形柱在工程中的应用推广,有些人认为:既然有异 形柱体系便应该是全部柱子均采用异形柱。其实,异形柱只是为了 适应建筑上较高的使用要求而采用的,它多布置在建筑物的周边, 而中部仍然采用矩形柱较为安全合理。因此,异形柱框架结构并不 仅仅是单指全部柱截面均为矩形截面。 (2)对框架结构,柱的延性对于耗散地震能量,防止框架的倒 塌,起着十分重要的作用,且轴压比又是影响混凝土柱延性的一个 关键指标。由试验结构分析,柱的侧移延性比随着轴压比的增大而 急剧下降。在高轴压比情况下,增加箍筋用量对提高柱的延性作用 已经很小,因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要,特别 是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合,剪应力使混凝土柱肢先 于普通矩形压剪构件出现裂缝,产生腹剪破坏,加上异形柱多属短 柱,这些导致异形柱脆性明显,使异形柱的延性普遍低于矩形柱, 因而对异形柱的轴压比要严格控制。 (3)由于在实际工作中,所布置的往往不全是异形柱,其中经 常会混合采用墙肢相对较长的剪力墙。在这类结构的计算模型输入 时,有的设计人员往往把异形柱按短肢剪力墙输入,有的甚至将异 形柱框架结构全部按短肢剪力墙输入,这样定会造成计算误差,而 且这些构件的计算误差会影响倒结构、构件的安全系