吴海强

博罗县建筑设计院

建筑异形柱结构的配筋设计分析

吴海强

博罗县建筑设计院

伴随着我国经济的不断发展，当前建筑业呈现出一片蓬勃的景象，更多新的特点显现，很大程度上解决了由于人口众多而出现的土地匮乏问题，建筑的外观也越来越多样化和复杂化，于是异形柱结构应运而生。这种新型的结构既满足了建筑外观与空间上的需求，还确保其稳定与安全，成为受到当代人喜爱的建筑结构。本文对建筑异形柱结构配筋设计进行分析。

建筑异形柱结构;配筋设计

1 引言

在城市化发展进一步推进的社会背景下，当前的城市建筑发展空间得到深度挖掘，逐渐满足人们在建筑功能、外观以及空间分布等方面的要求，其中广受人们喜爱的是异形柱结构。但由于这种结构起步时间较晚，在受力特点或设计应用等方面都没有进行深入的分析应用，笔者结合多年的工作实践经验对此进行分析。

2 建筑异形柱结构的基本设计与特点分析

当前的建筑异形柱结构是指截面和常规截面不同的柱体结构形式，比较常见的截面形状有L形、T形、十字形，截面各肢高厚的比值不超过4，肢厚保持与墙面的厚度相同，对应的高不超过500mm。另外，如果异形柱结构各肢的长度相同，还可以将其分为等肢与不等肢，等肢更适合在抗震的建筑设计中，应用等肢能够很好地符合建筑物功能以及各空间分布等多方面的要求，但必须建立在符合结构刚度以及对应承载力的基础上。总结异形柱结构的特点，主要有以下几点：（1）因为异形柱肢厚与柱肢高厚并不相同，所以其抗扭性不高，如果应力主要在相交处集中，那么很容易导致严重的变形，所以平面压力的布置必须简单而对称，特别要求是质量、刚度和承载力相同之处，对齐拉通纵横向框架柱，才能使得在地震发生时扭转效应得以有效降低。另外，还要对部分的剪力墙和框架柱的薄弱部分进行合理布置，如果异形柱结构无规则，那么要求结合《混凝土异形柱结构技术规程》的相关要求进行布置；（2）异形柱结构肢厚度并不大，相比于普通的矩形柱体，其延性不够，而轴压比则会直接影响异形柱的形态。大多数的异形柱形态是多肢体，因此难以重合剪力中心和截面的形心，不同的柱肢都要同时承受剪应力与正应力，因此在剪应力的作用下，异形柱结构很容易导致腹剪裂缝，于是其具备了脆性的特点，变形的能力也明显不如普通的矩形柱更高。相对于《混凝土异形柱结构技术规程》，其严格地限制了异形柱轴压的比限制，这也明显比《建筑抗震设计规范》更为严格。在对异形柱结构的建筑工程进行设计时，要严格根据规程的具体要求控制好轴压比，尽可能减小异形柱出现裂缝情况的比例，最大程度提高异形柱的变形能力，从而达到抗震标准；（3）因为异形柱结构截面的形状和矩形柱截面的形状并不相同，所以在双向偏心压力的作用下部能与弯矩作用位置相互垂直，更是无法与截面的边缘平行，因此一旦混凝土强度的等级、截面的尺寸以及配筋等因素影响作用下出现位置上的偏移变化，那么异形柱的受力性在双向偏心压力的力度下将更复杂[1]。其优点表现为：柱肢基本与填充墙厚度相等，室内不会出现，确保了布置的灵活性，也一定程度上增加使用的面积；不同结构适用高度也各不相同，对结构的要求比对普通柱体结构更为严格[2]。

3 建筑异形柱结构配筋设计研究

3.1 设计要点小结

异形柱结构与普通矩形柱的不同点表现在前者的结构特点更为明显，其结构在易发生地震的设防区域中区别更大，常常因为地震或风荷载等水平荷载的作用而使其不对称截面形成双向偏心受压的情况，于是严重影响结构构件承载能力的变化[3]。因此，这种结构在进行设计的同时，必须要紧密结合空间体系进行考虑，特别是要对其结构内力和位移变化进行计算与分析，采用的计算软件和程序主要是自带异形柱单元，本质上不同的结构无法相提并论，因为结构不同，本质不同，受力的状态也有较大程度的差异，所以对设计进行计算不容易保证合理性与绝对的安全性，设计人员必须充分考虑到这些问题，保证设计的合理规范。

如果没有为相关的设计人员提供设计程序与软件，那么也可以采用薄壁杆件模型对异形柱结构进行等效处理，从框架设计的方面看，可以采用等效折算的方式处理异形柱结构构件刚度，比如通过自带异形柱单元设计软件对异形柱结构的内力和位移等元素进行计算分析，实现替代普通框架结构的等效折算数据。但是工作人员需要引起注意的是，异形柱轴压比并不是在进行了等效折算后普通矩形柱框架结构轴压比，因为异形与矩形面柱的刚度相等的情况下，异形柱面的面积比矩形面柱的面积更大，通常介于1.1：1或1.3：1之间[4]。对实际的情况进行计算时，要想获取正确轴压比，更是要扩大矩形柱和异形柱煮面面积的比值，才能进行下一步计算。

3.2 取最小总配筋率

在截面内受力纵筋的比例为总配筋率，那么异形柱在取其总配筋率的对应值时，要提高肢端配筋率，并结合实际工程的具体情况取其最小值。

3.3 配筋的设计

首先，如果是同一截面框架柱的设计，可以采用相同直径为14mm～25mm范围内的钢筋作为纵向受力钢筋，在间距超过了250mm以后，就要设置纵向构造筋，确保其直径必须超过12mm，并且注意设置拉筋，间距为对应比较物截面厚度的两倍。如果间距不超过200mm，那么在每排则不能设置超过2根的纵向受力钢筋，对应的长度必须超过135mm，并保证弯钩的断头直段长度在10al以上。

其次，在对框架节点进行设计时，如果异形柱肢宽与等框架梁截面的宽度相同，或是在其宽度每侧凸出不超过边柱的50mm，那么在梁四角边上的纵向受力钢筋必须设置超过800mm的立柱边，如果坡度满足了不超过二十五分之一的要求，那么框架的节点需要弯折伸入纵向柱筋，但是要注意无论任何一侧凸出都要超过柱边的50mm，纵向受力钢筋伸入梁柱节点中则可以直接在侧梁角位置从外侧方向深入肢柱筋。

最后，在连接柱与填充墙时，比较常用的技术为轻质墙体材料的连接，在进行砌体填充墙连接时，在与框架的连接位置必须沿着500mm砌体高度进行对应倍数钢筋柱拉结，还要注意在柱每边伸出能够进入到墙内的钢筋，保证其进入长度，沿着填充墙全长设置Ⅱ、Ⅲ级抗震，对应的长度不能比填充墙长度的五分之一少。

3.4 其他要点补充

因为施工现场受到多种因素的影响，因此要注意钢筋材料的选择，具体的要求根据实际情况决定，当前大多采用HRB400钢筋。另外，在对梁板和柱进行设计时，混凝土强度等级是C30与C35，这个要求与混凝土异形柱结构一样。如果要达到不规则结构的抗震设计要求，，那么对应的水平位移平均值确定为1.22，即楼层竖向构建最大水平和两端弹性水平、层间位移的比值为1.22，这个值比上述的1.45值更小，因此要求也相对较小，以实现扭转的效应。在对梁、柱的截面构造进行设计时，要求异形柱面肢厚设计保持在200mm～300mm范围内，确保肢高超过500mm，对应的框架梁面的高度在进行设计时要考虑在400mm以上，因此，设计过程中就要保证柱面与梁面宽度相同。

4 结束语

综上所述，建筑异形柱结构应该是当前我国建筑市场上应用最为广泛的一种建筑结构，其还具备了非常广阔的发展前景，远比普通混凝土矩形柱的发展潜力更大更广。因此，从事建筑设计的工作人员需要针对当前的发展形势审时度势，将建筑用户需求与行业发展相结合，全面深入地了解异形柱结构知识，特别是关于控制影响结构破坏的相关理论，并从理论知识中分析各种软件建模的数据与信息，最终保障自己的建筑作品实现美观与使用的市场要求。

[1] 詹忠绮.高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计[J].工程设计,2016,12(26):216～217.

[2] 孔令仓.框支短肢剪力墙结构布置及落地墙抗震性能的研究[D].西安建筑科技大学,2014,12(11):28～29.

[3] 梅神兵,李学芳.建筑异形柱结构配筋设计研究[J].江西建材,2015,17(170):28～29.

[4] 李景,余文琪.刍议建筑异形柱结构设计配筋[J].低碳世界,2014,12(16):256～257.