異形構(gòu)造柱（異形構(gòu)造柱在建筑中的應(yīng)用）

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摘要：，異形構(gòu)造柱是現(xiàn)代建筑中常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)元素，它們通過(guò)不規(guī)則的形狀和尺寸來(lái)提供額外的支撐或裝飾效果。在建筑設(shè)計(jì)中，這種柱子能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，同時(shí)也為建筑美學(xué)增添特色。本文將探討異形構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)原則、應(yīng)用實(shí)例以及如何通過(guò)這些柱子來(lái)滿足特定的建筑需求和功能要求。

一、異形構(gòu)造柱的概念

異形構(gòu)造柱是一種在建筑工程中使用的柱子，它不同于普通的圓形或矩形構(gòu)造柱，其形狀根據(jù)建筑使用功能、結(jié)構(gòu)剛度和架構(gòu)承載力要求，按照建筑設(shè)計(jì)圖紙布置需求設(shè)計(jì)成不同的形狀和截面，如T形、L形、十字形、工字形等形狀。

二、異形構(gòu)造柱的受力特點(diǎn)

平面剛度與結(jié)構(gòu)計(jì)算
- 根據(jù)建筑需求在房間分隔墻交點(diǎn)靈活布置，平面剛度疏散均勻，但常因梁縱橫不通暢，結(jié)構(gòu)較難簡(jiǎn)化為平面結(jié)構(gòu)計(jì)算。
立面剛度與協(xié)同工作
- 立面剛度分布較均勻，與輕質(zhì)砌體填充墻在彈性階段共同工作性能良好。
雙向壓彎與對(duì)稱軸影響
- 柱采用T形、L形、十字形等截面形式，肢寬厚比在2.5 - 4.5之間，柱肢薄而狹長(zhǎng)，雙向壓彎效應(yīng)明顯。且異形截面僅有一根對(duì)稱軸或沒(méi)有對(duì)稱軸，對(duì)荷載方向角敏感，抗扭剛度較差，荷載方向稍有不對(duì)稱或偏心，抗扭能力降低較大。
薄弱部位與應(yīng)力集中
- 異形截面的柱肢角部是明顯的薄弱部位，尤其是梁底與柱肢交界斷面的柱肢角部，應(yīng)力集中嚴(yán)重。
梁柱重疊與節(jié)點(diǎn)區(qū)特性
- 梁高寬比大，柱肢狹長(zhǎng)，使梁柱重疊部分多，在梁端一定范圍形成剛域；同時(shí)節(jié)點(diǎn)區(qū)較大而薄，在彈塑性階段，應(yīng)計(jì)入節(jié)點(diǎn)區(qū)變形對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響。節(jié)點(diǎn)的受力性能與矩形柱節(jié)點(diǎn)有較大區(qū)別，一方面梁柱薄，施工時(shí)混凝土不易振搗密實(shí)，梁柱交接處應(yīng)力集中和后期破壞較重，削減節(jié)點(diǎn)核心區(qū)有效體積，降低節(jié)點(diǎn)抗剪承載力；另一方面，節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞部位的梁端外移，緩解節(jié)點(diǎn)的失穩(wěn)。

三、異形構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題

結(jié)構(gòu)選型
- 純異形柱框架結(jié)構(gòu)體系：對(duì)于層數(shù)不多、高度不高的多層住宅和一般性民用建筑，可選用全部由異形柱組成的純異形柱框架結(jié)構(gòu)體系。
- 異形柱框架 - 剪力墻結(jié)構(gòu)：高層和層數(shù)較多、高度較高的多層住宅和一般性民用建筑，應(yīng)采用異形柱框架 - 剪力墻結(jié)構(gòu)。
- 底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)：當(dāng)使用上要求設(shè)置底部大開(kāi)間時(shí)，可采用底部抽柱帶轉(zhuǎn)換層的異形柱結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)平面布置要點(diǎn)
- 對(duì)稱布置：平面布置宜對(duì)稱，兩個(gè)主軸方向要協(xié)調(diào)，使合力中心盡可能和剛度中心重合，減少偏心距，降低扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不利影響。
- 雙向承重體系：考慮采用雙向承重體系，并縱橫向相連接。
- 柱肢對(duì)齊：各柱肢應(yīng)盡量對(duì)齊，使柱肢與梁一起構(gòu)成較規(guī)則、多跨的抗側(cè)力體系。重點(diǎn)布置在影響房屋使用的墻角部位，其他部位從受力合理和施工方便考慮宜采用矩形截面柱。異形柱柱肢截面的肢高肢厚比不大于4時(shí)，按桿件系模型分析。
計(jì)算分析與軟件應(yīng)用
- 在PKPM系列軟件中，由PMCAD模塊解決異形柱的定位和荷載導(dǎo)入，TAT和SATWE模塊完成整個(gè)體系的結(jié)構(gòu)計(jì)算和配筋計(jì)算，PMCAD和PK模塊實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)。采用SATWE程序加“鋼梁”單元的計(jì)算模型得出的自振周期最小，水平地震反應(yīng)最大，傳力路徑接近實(shí)際受力情況，建議按此模型計(jì)算。
特殊設(shè)計(jì)要求
- 側(cè)移控制：在一般矩形柱的多層框架結(jié)構(gòu)中側(cè)移多不起控制作用，但異形柱框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較小，有時(shí)側(cè)移會(huì)超出規(guī)范允許值。
- 箍筋加密：對(duì)柱的凈高與柱截面長(zhǎng)邊尺寸之比小于4的異形柱，應(yīng)沿柱高全高加密箍筋，以減少地震作用下柱剪切脆性破壞的危險(xiǎn)性和改善柱的變形性能。
- 內(nèi)折角受力筋設(shè)置：因荷載方向角的任意性，在異形柱內(nèi)折角處應(yīng)設(shè)置相同直徑的受力筋。
- L形柱角處鋼筋：位于L形柱角處的縱向受力鋼筋為雙向作用。
- 節(jié)點(diǎn)計(jì)算：對(duì)抗震等級(jí)三級(jí)及三級(jí)以上的結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，以保證節(jié)點(diǎn)區(qū)的可靠性。

四、異形構(gòu)造柱在不同建筑中的應(yīng)用

多層住宅與民用建筑
- 在民用多層住宅中，異形柱肢厚度一般設(shè)計(jì)在180mm至250mm的范圍內(nèi)。如果是高層的辦公樓，樓層底部用于商業(yè)商鋪時(shí)，柱肢厚度一般控制在300mm至500mm之間。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)功能區(qū)分來(lái)設(shè)計(jì)異形柱，可防止使用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，降低工程成本。
不同烈度地區(qū)的考慮
- 在烈度較低的地區(qū)，異形柱的截面對(duì)稱軸在水平力作用下，一般設(shè)計(jì)為十字形，利用彈性分析計(jì)算方法算出翹曲應(yīng)力較小，可按偏壓構(gòu)件受水平力影響，依據(jù)平截面假定原理分析，按照混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算。在烈度較高的地區(qū)，水平力對(duì)異形柱非主軸方向產(chǎn)生影響時(shí)，需注意翹曲應(yīng)力，若平截面假定出現(xiàn)較大誤差，要用有限元分析方法對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以確定內(nèi)力大小和配筋位置，可利用TAT、SATWE等程序進(jìn)行內(nèi)力和配筋計(jì)算。
實(shí)際工程案例（如別墅）
- 例如某別墅地下1層，地上3層，采用人工挖孔樁，柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，墻下條形基礎(chǔ)，抗震等級(jí)為三級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50年，采用L形、T形等異形柱截面型。實(shí)踐證明，此別墅選型合理，內(nèi)力計(jì)算結(jié)果精確，按規(guī)范設(shè)計(jì)構(gòu)造，異形柱能很好地應(yīng)用到工程中。