论房屋建筑工程中异形柱的设计及其应用

张帷韬

摘要：异形柱进入建筑市场犹如许多新生事物一样，具有很强的生命力和竞争实力。目前，异形柱结构已广泛应用于我国建筑工程实际。不过，异形柱的理论研究还不够完整，我国积累的实践资料还比较少。本文结合自身多年的工程实践，探讨了屋建筑工程中异形柱的设计及其应用，旨在为异形柱在房屋建筑工程中的进一步应用提供理论参考。

关键词：房屋建筑工程;异形柱;设计;应用

中图分类号：TU198文献标识码： A 文章编号：

异形柱是指在满足结构刚度和承载力等要求的前提下，根据建筑使用功能，建筑设计布置的要求而采取不同几何形状截面的柱[1]。异形柱进入建筑市场犹如许多新生事物一样，具有很强的生命力和竞争实力。目前，异形柱结构已广泛应用于我国建筑工程实际。不过，异形柱的理论研究还不够完整，我国积累的实践资料还比较少。本文结合自身多年的工程实践，探讨了屋建筑工程中异形柱的设计及其应用，旨在为异形柱在房屋建筑工程中的进一步应用提供理论参考。

一、房屋建筑工程中异形柱设计的必要性

随着我国房地产业蓬勃发展，多层高层民用住宅建筑在我国城镇越来越多，而这些住宅多因建筑上要求平面的灵活性和结构上的抗震性而采用钢筋混凝土框架结构体系。普通钢筋混凝土框架柱多采用矩形断面形式，且柱断面较墙断面宽，常常使柱子凸出房间内墙，形成墙角，使用户在家具布置时遇到诸多的不便，影响美观，房间的使用面积亦减小，用户和开发商对此颇有意见。为解决这个日益突出的设计问题，钢筋混凝土异形柱自然地被一些设计人员采用。这种异形柱的框架体系能较好地解决目前框架体系设计中的矛盾。在满足刚度和强度的前提下，将柱设计成“L形、T形、Z字、十字、工字”等形状（见图1）。

图1房屋建筑工程中异性柱的几种形状

二、 房屋建筑工程中异形柱常见的加固方法

房屋建筑工程中异形柱常见的加固方法有增大截面加固法、预应力加固法、置换混凝土加固法、外粘钢板加固法、外包钢加固法等五种。

三、 房屋建筑工程中异形柱的计算分析

1．计算方法

在低烈度区，且水平力作用在截面对称轴内时（如异形柱为十字形），弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平截面假定分析，按混凝土设计规范计算。而在高烈度区，且水平力作用在非主轴方向，则翘曲应力不容忽视，按平截面假定误差较大，则应对异形柱结构进行有限元分析，决定内力和配筋位置及大小。在进行内力计算和配筋计算时，应选用带有异形柱计算功能的软件，如中国建筑科学研究院的TAT，SATWE 程序及天津大学的钢筋混凝土异形柱结构配筋计算程序CRSC 等。

2.计算模型

由于在实际工程中所布置的竖向构件往往不全是异形柱，其中经常会混合采用墙肢相对较长的剪力墙（一般剪力墙或部分短肢剪力墙），形成异形柱框架—剪力墙结构。在这类结构的计算模型输入时，有的设计人员常会把异形柱按短肢剪力墙输入，有的甚至将异形柱框架结构的全部异形柱按短肢剪力墙输入，这就势必造成计算误差，而且发现有些构件的误差会影响结构、构件的安全。如框架梁，按异形柱输入的，梁长取两端异形柱形心长度；而按短肢剪力墙输人的，梁长取墙肢端点长度，两种方法引起梁内力、配筋有较大出入[2]。

四、异形柱在房屋建筑工程中的应用

1.应用特点

由于异形柱截面不等，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力不同；对于长柱(H/h>4)可以不考虑剪切变形的影响，控制轴压比较小时，受力明确，变形能力较好。而对短柱(H/h<4)，剪切变形占有相当比例，构件变形能力下降；异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显；特别是异形柱不同于矩形柱，它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况，其延性更差。由国内外大量的试验资料和理论分析证明，异形柱的破坏形态为:弯曲破坏、小偏压破坏、压剪破坏等。

2.应用条件

钢筋混凝土异形柱，是指截面形式除矩形、圆形以外的柱，如“T”形边柱、“十”字形中柱、“L”形角柱等[2]。钢筋混凝土异形柱框架结构是指仅由异形柱作为竖向构件组成的结构体系。它的使用条件本着安全、技术先进、经济合理的设计原则，异形柱框架结构形式适用于地震烈度7 度及以下地区的民用房屋，尤其适用于带错层越层的多层复杂住宅和小高层。

3.应用举例

本文以异形柱在别墅住宅中的应用为例，浅谈异形柱在房屋建筑工程中的具体应用[3]。

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，见 如图2。实践证明，此别墅选型合理，内力计算精确，设计构造符合规范要求，异形柱在此工程中得到了较好应用。

图2 别墅住宅所采用的异形柱

五、 结语

总之，异形柱避免了框架柱在室内凸出，房屋建筑空间，改善房屋建筑观瞻，为房屋建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性；同时结合墙体改革，采用保温、隔热、轻质、高效的墙体材料作为框架填充墙及内隔墙，代替传统的烧结普通砖墙，贯彻了国家关于节约能源、节约土地、利用废料、环境保护方面的政策，在当前房屋建筑工程中具有非常重要的应用价值。

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.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。