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异形柱在房屋建筑设计中的特点及运用

时间:2015-11-20 来源:未知 作者:傻傻地鱼 本文字数:2670字
摘要

  1异形柱设计的必要性

  异形柱(speciallyshapedcolumn)是一种用于建筑工程中的柱子,要求既能够达到结构刚度的要求和架构承载力的要求,还要以建筑使用的功能为依据,根据建筑设计图纸的布置要求来选择形状不同、截面不同的柱[1].随着房地产业蓬勃发展,在我国各个城镇上,不断增加建设高层民用住宅,民用住宅对建筑平面的灵活性要求较高,并且要求建筑结构具备良好的抗震性能,保障用户的安全,这就需要利用到钢筋混凝土结构体系。但是一般的钢筋混凝土结构体系的框架柱通常是运用矩形断面的方式,而且断面的宽度要大于墙面的宽度,这就使柱子超出房间内墙,从而形成墙角,不仅使房屋的美观受到影响,还会为用户带来很多不便,并且减少了房间的可用空间,降低用户的满意度。为了使这个设计问题得到解决,设计人员开始采用钢筋混凝土异形柱。

  而异形柱的使用能够解决设计钢筋混凝土框架体系中的问题。由于异形柱符合建筑结构对刚度和强度的要求,设计人员根据房屋建筑的实际情况,将异形柱设计成T形、Z形、工字型等形状,图1为几种异形柱常见形状。异形柱的肢厚度是不相同的,需要结合建筑的实际需求,在民用多层住宅中,一般将异形柱肢厚度设计在180mm至250mm的范围内。如果是高层的办公楼,楼层底部一般是用于商业商铺,不能将柱肢的厚度设计的过大,一般控制在300mm至500mm之间,根据建筑结构的功能区分,来对异形柱进行设计,能够防止在房屋建筑中利用结构转换层,为工程建设降低了成本。

  2异形柱常用的加固方法及特点

  综合比较分析,增大截面加固法、预应力加固法、置换混凝土加固法等几种常用加固方法(见表1).

  3异形柱的计算分析

  3.1计算方法

  对于烈度较低的地区,异形柱的截面对称轴在水平力的作用下,一般设计为十字形,利用弹性分析的计算方法,计算出其翘曲应力较小,相当于其偏压构件受到水平力的影响,这时还可以依据平截面假定原理进行分析,根据混凝土的设计规范进行计算。在烈度较高的地区,水平力一般对异形柱的非主轴的方向产生影响,这时就需要注意其翘曲应力,如果其平截面的假定出现很大的误差时,就要利用有限元的分析方法对异形柱的结构进行分析,以此来确定内力的大小和配筋的位置。

  对内力大小进行计算和对配筋多少进行计算,要利用具有计算功能的软件进行,例如中国建筑科学研究院的TAT,SATWE程序。

  3.2计算模型

  在实际施工过程中,会布置很多的竖向构件,这些竖向构件中并不全都是异形柱,还会采用一些墙肢较长的剪力墙,这样就形成一种特殊的结构,即异形柱-剪力墙结构。将计算模型输入到这种结构中,不同的人员会产生不同的结果,因为有的人员在输入时会把短肢剪力墙也输进去,就会造成一定的误差。然而,结构一旦出现误差,其稳定性与安全性都会受到影响。

  4异形柱在房屋建筑工程中的应用

  4.1异形柱的应用特点

  异形柱的截面并不都是一样的,这就会造成墙肢平面内部方向的刚度与外部方向的刚度会出现很大的差别,两个方向的承载能力也就有所区别;如果异形柱在(H/h>4)范围内,可以不对剪切变形进行考虑。当轴压值很小时,说明其受力比较明确,有着良好的变形能力。如果异形柱在(H/h<4)范围内,就会受到剪切变形的影响,降低构件的变形能力;变形能力降低,就会明显的破坏脆性,尤其是异形柱的翼缘柱肢在压力的影响下,其延性就会降低。根据国内外相关的试验分析资料,异形柱受到破坏时呈现出的状态主要为小偏压破坏、弯曲破坏和压剪破坏。

  4.2异形柱的应用条件

  钢筋混凝土异形柱,其截面形式多种多样,除了常规的圆形和矩形外,还有T字形、L形、十字形、工字型等等[2].将异形柱作为竖向构件形成的结构体系被称作钢筋混凝土异形柱框架结构,这种结构具有较多的优点,如使用安全、技术比较先进、能够合理的控制成本等,这种结构能够在地震烈度为7度或者7度以下的房屋建筑中使用,非常适合结构复杂的多层房屋建筑。

  4.3异形柱应用的注意事项

  (1)异形柱框架结构不是单指全部柱截面均为矩形截面。有的人以为异形柱体系中的柱子都是采用的异形柱,但实际上并不是这样,建筑施工的要求较高时才会全部使用异形柱,异形柱在建筑中一般是布置在周边的位置。

  (2)梁柱钢筋应在柱头处打折插入柱内,以避免与柱主筋交叉。异形柱短边的尺寸一般都比较小,在柱、梁的交接处对其进行布置有一定的困难。在施工时要克服此问题,一般都要在柱内将打折的柱头插进去,这样可以有效避免柱主筋与异形柱出现交叉现象。

  (3)要注意柱的延性。柱的延性非常重要,能够将地震的能量消散,对框架的倒塌能够起到防止作用。柱的延性受到轴压比的影响,对异形柱结构进行试验,发现轴压比越高,延性就越低。所以对轴压比进行控制非常重要,异形柱结构的剪力中心如果不能与截面的中心重合,混凝土柱肢很容易出现裂缝,明显的降低了异形柱的脆性,要想控制异形柱的延性,就必须对轴压比进行严格的控制。

  4.4异形柱的应用举例

  4.4.1异形柱在别墅住宅中的应用

  (1)别墅概况:a.建筑层数:地下1层,地上3层。b.基础型式:人工挖孔桩,柱下独立基础,墙下条形基础。c.结构型式:异形柱结构d.设计基本数据。e.建筑耐火等级:三级。f.结构安全等级:二级。g.地基基础设计等级:乙级。h.结构合理使用年限:50年。i.抗震设计参数。j.建筑抗震设防类别:丙类。k.地震设防烈度:6度。

  (2)此别墅所采用的异形柱截面型为L形、T形等。实践证明,此别墅选型合理,内力的计算结果非常精确,根据规范要求设计别墅的构造,从而使得异形柱能够很好的应用到此工程中。

  4.4.2异形柱在某庭院的实际应用

  庭院概况:某庭院为多层异形柱框架结构住宅,共-1+6层(-1为半地下自行车库).建筑工程抗震设防类别为丙类,建筑结构安全等级为二级,所在地区的抗震设防烈度为6度,设计分组:第一组;场地类别:Ⅱ类;特征周期Tg=0.35s,异形柱框架结构抗震等级为四级。实践证明,异形柱在该庭院中得到较好的的应用。

  5结语

  异形柱的产生犹如许多新生事物一样,具有很强的生命力和竞争实力进入建筑市场。异形柱能够使室内框架柱防止出现凸出的现象,能够使房屋建筑的观瞻得到改善,使房屋建筑的设计更加灵活,能够实现房屋建筑的各项使用功能;将墙体改革结合起来,需要采用良好的墙体材料,墙体材料需要具备轻质、保温、隔热的性质,即符合节约能源和土地的要求,又能对废料进行合理利用,还能保护环境,在房屋建筑工程中的应用具有重要意义。

  参考文献:
  [1]魏山山。型钢混凝土L形短肢剪力墙承载力性能分析研究[D].南昌大学,2010.
  [2]侯晓曦。L形钢骨混凝土异形柱受力性能研究[D]沈阳建筑大学,2011.
  [3]秦雪涛。异形柱在别墅住宅中的应用[J].科技信息,2008,29∶442-443.

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