異形構造柱（異形構造柱在建筑中的應用）

摘要：,，異形構造柱是現(xiàn)代建筑中常見的一種結構元素,，它們通過不規(guī)則的形狀和尺寸來提供額外的支撐或裝飾效果,。在建筑設計中,，這種柱子能夠增強結構的穩(wěn)固性,，同時也為建筑美學增添特色,。本文將探討異形構造柱的設計原則,、應用實例以及如何通過這些柱子來滿足特定的建筑需求和功能要求,。

一,、異形構造柱的概念

異形構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造柱，其形狀根據(jù)建筑使用功能,、結構剛度和架構承載力要求,，按照建筑設計圖紙布置需求設計成不同的形狀和截面,，如T形、L形,、十字形,、工字形等形狀。

二,、異形構造柱的受力特點

平面剛度與結構計算
- 根據(jù)建筑需求在房間分隔墻交點靈活布置,，平面剛度疏散均勻，但常因梁縱橫不通暢,，結構較難簡化為平面結構計算,。
立面剛度與協(xié)同工作
- 立面剛度分布較均勻，與輕質砌體填充墻在彈性階段共同工作性能良好,。
雙向壓彎與對稱軸影響
- 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，雙向壓彎效應明顯,。且異形截面僅有一根對稱軸或沒有對稱軸,，對荷載方向角敏感，抗扭剛度較差,，荷載方向稍有不對稱或偏心,，抗扭能力降低較大。
薄弱部位與應力集中
- 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，應力集中嚴重,。
梁柱重疊與節(jié)點區(qū)特性
- 梁高寬比大,，柱肢狹長，使梁柱重疊部分多,，在梁端一定范圍形成剛域,；同時節(jié)點區(qū)較大而薄，在彈塑性階段,，應計入節(jié)點區(qū)變形對結構變形的影響,。節(jié)點的受力性能與矩形柱節(jié)點有較大區(qū)別，一方面梁柱薄,，施工時混凝土不易振搗密實,，梁柱交接處應力集中和后期破壞較重，削減節(jié)點核心區(qū)有效體積,，降低節(jié)點抗剪承載力,；另一方面,，節(jié)點區(qū)破壞部位的梁端外移，緩解節(jié)點的失穩(wěn),。

三,、異形構造柱的設計相關問題

結構選型
- 純異形柱框架結構體系：對于層數(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構體系,。
- 異形柱框架 - 剪力墻結構：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,，應采用異形柱框架 - 剪力墻結構,。
- 底部抽柱帶轉換層的異形柱結構：當使用上要求設置底部大開間時，可采用底部抽柱帶轉換層的異形柱結構,。
結構平面布置要點
- 對稱布置：平面布置宜對稱,，兩個主軸方向要協(xié)調，使合力中心盡可能和剛度中心重合,，減少偏心距,，降低扭轉產(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,。
- 柱肢對齊：各柱肢應盡量對齊，使柱肢與梁一起構成較規(guī)則,、多跨的抗側力體系,。重點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,，按桿件系模型分析。
計算分析與軟件應用
- 在PKPM系列軟件中,，由PMCAD模塊解決異形柱的定位和荷載導入,，TAT和SATWE模塊完成整個體系的結構計算和配筋計算，PMCAD和PK模塊實現(xiàn)結構施工圖設計,。采用SATWE程序加“鋼梁”單元的計算模型得出的自振周期最小,，水平地震反應最大，傳力路徑接近實際受力情況,，建議按此模型計算,。
特殊設計要求
- 側移控制：在一般矩形柱的多層框架結構中側移多不起控制作用，但異形柱框架結構側向剛度較小,，有時側移會超出規(guī)范允許值,。
- 箍筋加密：對柱的凈高與柱截面長邊尺寸之比小于4的異形柱，應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性和改善柱的變形性能,。
- 內折角受力筋設置：因荷載方向角的任意性,，在異形柱內折角處應設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)點計算：對抗震等級三級及三級以上的結構,，應對節(jié)點進行計算，以保證節(jié)點區(qū)的可靠性,。

四,、異形構造柱在不同建筑中的應用

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計在180mm至250mm的范圍內,。如果是高層的辦公樓,，樓層底部用于商業(yè)商鋪時，柱肢厚度一般控制在300mm至500mm之間,。根據(jù)建筑結構功能區(qū)分來設計異形柱,，可防止使用結構轉換層，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),，異形柱的截面對稱軸在水平力作用下，一般設計為十字形,，利用彈性分析計算方法算出翹曲應力較小,，可按偏壓構件受水平力影響，依據(jù)平截面假定原理分析,，按照混凝土設計規(guī)范計算,。在烈度較高的地區(qū)，水平力對異形柱非主軸方向產(chǎn)生影響時,，需注意翹曲應力,，若平截面假定出現(xiàn)較大誤差，要用有限元分析方法對異形柱結構進行分析,，以確定內力大小和配筋位置,，可利用TAT、SATWE等程序進行內力和配筋計算,。
實際工程案例（如別墅）
- 例如某別墅地下1層,，地上3層,，采用人工挖孔樁,，柱下獨立基礎，墻下條形基礎,，抗震等級為三級,，設計使用年限50年，采用L形,、T形等異形柱截面型,。實踐證明,，此別墅選型合理，內力計算結果精確,，按規(guī)范設計構造,，異形柱能很好地應用到工程中。