浅谈建筑异形柱结构配筋的设计

【关键词】现代城市建筑；配筋；异形柱结构；设计 

　　前言 

　　在城市化建设不断加快的背景下，城市建筑设计有了日益广阔的发展空间，关于建筑的空间分布、造型、功能等方面人们有了更严格、更高的要求，对此建筑企业设计了许多新型的建筑结构以满足市场需求，并且不少新的设计被应用其中，而异形柱结构就是其中之一[1]。但因异形柱结构的发展起步较晚，建筑设计人员在设计计算以及受力特性方面还未形成深刻的认识。本文以实际的工作经验与理论知识相结合，对建筑异形柱结构配筋的设计进行简要的分析，希望在实际的建筑工作中能够将异形柱结构有效的应用。 

　　1.异形柱结构的特点概述 

　　异形柱结构通常指的是柱结构的截面形式不同于常规矩形面，T形、L形、十字形分别是异形柱结构的截面形状，柱形为截面各肢≯4高厚比，高≮500mm，肢厚同于墙面厚度，除此之外，如果异形柱结构中有相同的肢长度，还能分为不等肢与等肢两种形式，等肢适合在抗震设计中应用，这一结构应用于建筑中能够达到在建筑的空间布置以及功能方面的标准要求，能够满足结构的承载能力和刚度是应用的前提。 

　　分析异形柱结构，其特点主要有：①异形柱结构的柱肢和肢厚高厚不同，在抗扭性方面不佳，当相交处有应力集中时容易出现翘曲变形，且变形较为严重，因此在布置平面压力时需注意简单对称，特别是要注意在分布承载力和刚度上需均匀质量，对纵横向框架柱进行对齐拉通，有效的减少在发生地震时柱结构的扭转效应，并且还可对一般框架柱和部分剪力墙进行合理布置，将其布置到薄弱部位，《混凝土异形柱结构技术规程》中关于不规则异形柱结构还提出了更高更严格的要求[2]。②和普通矩形柱相比，异形柱结构肢延性较差，厚度不大，而轴压比是最关键的能够对异形柱延性和形态破坏造成影响的因素。因多肢体是异形柱形态，一般很难将截面形心与剪力中心重合，剪应力与正应力是各柱肢需同时承担的，因此，在受到剪应力作用时，与普通矩形柱相比异形柱结构出现腹剪裂缝的可能性更大，导致异形柱表现出脆性，与普通矩形柱相比，其变形能力较低。正因为如此，在《混凝土异形柱结构技术规程》中关于异形柱的轴压比限值有着更高的要求，与其他的规范要求相差较大，所以，在进行异形柱结构工程的设计时，需按规范规程中的要求严格执行，控制轴压比，使异形柱结构出现裂缝等现象的可能减少，最大限度的提高其变形能力，达到抗震设计的标准。③异形柱结构具有与矩形柱不同的截面形状，在受到双向偏心压力时不能垂直于弯矩作用方向，在与截面边缘平行方面有一定难度，在受到配筋、混凝土强度等级、截面尺寸等因素的影响下出现位置的偏移，异形柱受力性能在双向偏心压力的影响之下变得十分复杂。 

　　2.配筋设计分析 

　　2.1异形结构柱设计 

　　异形柱结构相较于普通矩形柱有更鲜明的特点，在地震设防地区二者存在较大的差异，会被水平荷载作用如风荷载、地震等影响，因截面的不对称性导致出现双向偏心受压，大大的减少了结构构件承载的能力[3]。在进行这一类结构的设计时，设计工作人员应以空间体系的角度出发进行设计，特别是对结构移位与内力进行计算和分析时，主要使用的应是带有异形柱单元的设计程序和软件，在实际的设计工作中，相当一部分的设计工作人员将其混淆于异形柱建模，实际上二者并不能混为一谈，不只是在本质性受力状态方面存在差异，在设计计算方法上面同等的做法对于安全性及合理性并无可靠保障，在设计之初设计工作人员需对这方面问题给予关注，保证设计的规范与合理。 

　　如果设计人员采用的是带有异形柱单元的设计程序、软件，对于异形柱结构等效可通过薄壁杆件模型进行处理[4]。从框架方面看，对于结构构件刚度可通过等效折算进行处理，对于异形柱结构位移与内力的分析和计算可通过带有异形柱单元的软件完成，可等效折算普通框架结构，将得出的数据进行替代。其中有一十分关键之处，即轴压比的正确计算需将异形柱与矩形柱的柱面面积比值进行扩大，矩形与异形面柱同等刚度，二者面积比值为1.1-1.3，后者柱面面积<前者。 

　　2.2设计配筋的要点 

　　总配筋率是指截面面积与全部受力纵筋比例，在确定异形柱的总配筋率时，需根据有关的规定以及对肢端配筋率不断的提高，与实际工作相结合，最适宜的是取最小值。 

　　进行相同截面框架柱的设计时，纵向受力钢筋的选择方面应直径相同，且钢筋应为25mm～14mm的直径，若大于250mm的间距需进行纵向构造筋的设置，其直径需大于12mm，并且需注意设置拉筋，柱截面厚度两倍箍筋间距为其间距，超过135mm的箍筋末端，并且需保证超过10al（箍筋直径）长度的弯钩端头直段，层间柱净高的六分之一和500mm、主界面长边尺寸中最大值即为箍筋加密区。 

　　在进行框架节点的设计时，若框架梁截面宽同等于异形柱肢宽，或是出现小于柱边50mm的宽度每侧凸出时，应于距离柱边超过800mm的地方进行纵向受力钢筋的设置，如果坡度不超过二十五分之一，纵向柱筋需弯折深入框架节点。在柱边50mm小于侧凸出的情况下，在梁柱节点中伸入纵向受力筋可通过侧梁角外侧进行。 

　　将柱与填充墙连接时，使用轻质墙体材料是常见的连接技术。连接砌体填充墙的过程中，框架交接之处需拉结柱与钢筋，倍数需相应，高度间隔500mm砌体。从柱每边伸入钢筋的长度应为：超过700mm，大于填充墙长度1/5为III级抗震；若是II级，则填充墙全长设置。 

　　2.3其他 

　　施工场地、施工方法等的不同，要求钢筋材料等的选择也不同，具体需根据实际的施工情况来进行选择，通常的是以HRB钢筋为选择材料。在柱与梁板的设计中，C35和C30分别是二者混凝土强度等级，符合混凝土异形柱结构的要求。为了改变其不规则的结构，水平位移应保持1.22的平均比值，因比值小于规定规范所要求的1.45，所以具有扭转效应。在柱、梁截面构造设计过程中，应设计肢高需大于500mm，200mm～300mm之间的柱面肢厚，设计不小于400mm的框架梁面高度，保证柱面与梁面等同宽度。 

　　结束语 

　　综上所述，异形柱结构在现代城市建筑中使用广泛，相较于普通混凝土矩形柱，异型结构柱具有十分广阔的应用前景，建筑设计工作者应以发展的眼光看待异形柱结构的发展，对异形柱结构的相关知识以及特点进行了解，掌握其结构破坏的影响因素，进行科学合理的分析与计算，保证设计的安全、有效与美观，满足市场需求。 

　　参考文献 

　　[1]袁超，薛楠，夏敬武，袁一凡，王凌云.带SRC异形柱边框混合剪力墙的恢复力模型的识别方法研究[J].建筑工程技术与设计，2015（07）：1949. 

　　[2]卢艳秋，卢铁钢.高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计[J].价值工程，2014（30）：138-139. 

　　[3]郝彬，于江，荣彬，李盼臻.十字形截面方钢管混凝土组合异形柱压弯性能研究及优化[J].建筑科学，2014（09）：36-40. 

　　[4]王凯.浅析异形柱框架的设计要求及受力特性[J].四川水泥，2014（09）：130+133.