以异型柱框架为例浅淡房屋建筑结构设计优化技术应用

何伟

（甘肃泓文建筑设计有限责任公司，甘肃兰州 730000）

0 引言

在现代建筑市场发展过程中，建筑结构优化已经成为各企业提升自身核心竞争力的关键部分，然而受现代化结构设计体系应用影响，房屋建筑工程设计复杂性大幅提升，需要技术人员以现代化发展为切入点，围绕工程实际需求这一核心，进一步提升结构的稳定性、牢固性，确保整体结构满足协调性需求，进而实现提升房屋建筑结构整体规划水平目的，同时也为后续主体工程建设高水平开展提供有力保障。

1 异型柱框架结构受力特征

1.1 异型柱结构级剪力墙结构受力特征差异性

技术人员在针对不同结构特征进行分析后发现，异型柱结构是将框架结构以及短肢剪力墙进行充分结合。但是从结构以及受力方式层面分析，异型柱结构以及剪力墙结构之间存在较大差异性。

异型柱结构泛指不规则截面柱体，其柱肢截面厚度比控制在4 以下，相较于常规截面柱，其在受力方面存在一定独特性。同时在建筑设计中，要求实用功能以及建筑美学之间相适应，由此，异型柱在现代建筑结构实际中取得较为广泛的应用[1]。除受力性能较为优越外，适应性也是该结构得到广泛应用的重要因素之一，优势集中表现在满足房间在分隔墙交点处的要求，确保平面范围内其承受的刚度得以均匀分散。在现代建筑结构设计中，横、纵梁之间不贯通的情况屡见不鲜，这就使得建筑结构难以有效转换为平面，进而导致平面结构计算工作受阻，通过应用异型柱结构可以有效解决此类问题。当前应用较为广泛的异型柱主要包含L 形、T 形、十字形等，通过异型柱以及重量轻的砌体填筑至建筑结构之中可以有效确保立面结构均匀性，促使其在弹性方面具备共同工作性特征。通常情况下，异型柱框架结构宽厚比在2.5～4.5 区间范围内，其柱肢具备狭长且厚度小的显著特征，在需要进行双向压弯过程中可以表现出较为显著的效应。

1.2 异型柱节点受力功能

通常情况下此类结构仅由一根对称轴或不涉及对称轴。从荷载角度进行分析可知，具备较为敏感的方向角，主要原因在于其抗扭曲刚度较低，一旦出现偏心或不对称情况，即会导致扭曲力呈现出显著下降情况，通过对截面结构进行分析可知，柱肢角是此类结构中较为脆弱的部分，其狭长的特性会导致梁柱中存在较多的重叠部分，进而使得梁端部分形成一定范围的刚域[2]。而异型柱节点部分的显著特点在于节点区大且薄，在弹性阶段会出现因节点处变形导致的结构变形，进而导致建筑结构受到相应影响。就异形柱的节点和矩形柱的节点来说，其中存在的不同非常明显。由于梁柱的厚度比较薄，混凝土振捣工作的进行可能不那么顺利，密实度也会受到很大影响。梁柱交接位置处的应力非常集中。这就导致节点核心位置处的有效体积明显被大幅度削减，导致节点抗力缩小，起到强化节点受力功能的作用。

2 工程案例概述

为详细说明基于异型柱的建筑结构优化，本文选取某住宅工程为例进行研究。案例工程为某地区6层住宅楼工程。设计人员对于建筑使用功能要求，决定采用现浇钢筋混凝土异型柱框架，在两个方向上设计拉结。同时在综合建筑使用要求考虑下，设计人员将柱网设定在5m 范围内，采用矩形柱填补无需设置异型柱的区域，异形框架柱、梁宽度设计为200mm，利用非承重粘土空心砖进行砖砌填充墙，其质量分数控制在9.4kN/m3。

本工程梁板混凝土强度等级采用C25，由于底部两层轴力较大，柱肢长又不能加得太长，故柱混凝土强度等级底部两层采用C30，二层以上采用C25；根据SATWE 计算结果，异形柱的最大轴压比为0.6，最大层间位移角为1/1239，满足要求。

3 工程结构设计

3.1 结构计算参数优化

工程设计人员在实际工作过程中充分认识到异型柱结构受其不对称布置影响，出现扭转变形的情况较为显著，而忽视此方面内容会导致建筑安全性大幅下降，由此，设计在对建筑结构地震作用进行计算工程中在明显不对称区域采用CQC法进行计算。

考虑到异型柱具备较强的空间方向性，因此，工程技术人员在输入风及地震作用影响时添加不同方向角的荷载工况，确保截面柱设计过程中可以明确最不利内力组合[3]。

工程设计人员考虑到计算程序运行过程中会自动依照柱形心轴进行计算，依照异性截面柱形式输入异型柱进行计算时会导致柱刚度偏小，因此，设计人员在进行计算过程中输入地震作用方法参数以实现修正目的。

异型柱和填充墙的共同工作良好，在计算结构基本自振周期时，可考虑适当的折减系数，对异型柱框架结构，折减系数在0.65～0.70 区间范围内进行取值。

当肢高厚比大于4 时，宜添加梁端刚域，以便更准确地反映异型柱结构的受力特性。

案例工程设计人员在实际工作过程中考虑到角柱所受垂直荷载相对较小，因此，在设计进行设计过程中通常采用较小的截面，而这种情况会导致角柱在地震荷载作用下产生偏心受拉的状态，因此，设计人员针对此情况进行相应的强化，将角柱边长控制在600mm 以上，纵向钢筋纵总配筋率控制在1%以上。

设计人员在工作中为满足轴压比要求，对柱混凝土强度进行分别设计，底部两层采用C30 混凝土，二层以上采用C25混凝土。

3.2 梁柱配筋构造优化

案例工程设计人员在实际工作过程中依据建筑功能要求，在底层柱方面采用带暗桩的异型柱设计，暗桩部分设置在距柱肢端部，依照柱肢厚度0.5 倍以上区域进行设置。暗桩主要采用柱肢端部纵筋以及附加的2Φ14 的构造纵筋与封闭箍筋组成，暗桩箍筋采用与柱本身箍筋相同的设计。

设计人员依照实际需求，在首层以及第二层中选择其中之一采用Φ10 箍筋设计，并根据实际需求在Φ10或是＜8范围内进行相应调整。

设计人员在实际工作过程中依照相关工程设计规章制度要求，使梁端纵向受拉钢筋满足最大配筋率要求。同时针对部分基础埋深较大的区域，技术人员考虑到异型柱长细比较大，决定将地梁以下异型柱改为矩形柱，进而是确保基础定位要求得以满足，使形心以及上部柱形心之间形成统一局面。

4 总结

综上所述，在当前新时期背景下，民众对建筑性能提出更高的要求。因此，本文以异型柱框架为例，结合实际工程对其建筑结构设计优化进行研究。案例工程依据文中阐述方案进行施工，最终成果满足经济性要求，同时建筑安全性也得到显著提升，由此，工程经验具备参考价值。