钢筋混凝土异形柱结构设计性能研究

摘要：钢筋混凝土异形柱的柱肢与填充墙等厚，可以避免柱棱在室内凸出，减少对建筑空间的占有，从而使得房间的实际使用面积增大，“得房率”高，改善建筑观瞻，为居住建筑设计及使用功能带来灵活性和方便性，在我国的住宅建设中得到了广泛的应用。本文总结钢筋混凝土异形柱结构的力学性能研究情况,对异形柱的截面承载力、构件力学性能、节点承载力和抗震性能进行研究,强调开展钢筋混凝土异形柱抗火性能研究的必要性。

关键词：钢筋混凝土；异形柱；结构设计；性能研究

中图分类号：TU375文献标识码：A

在现代化工程施工建设中，常见的异形柱结构体系主要包含了T字型、L字型、Z字型和十字形柱截面的现浇钢筋混凝土框架结构。在现代化的工程项目中，这种钢筋混凝土结构的应用有效的促进了建筑结构的改革、增加了建筑材料应用，减轻了建筑物资中，增加了建筑物使用面积，适应了现代化变动功能，是目前工程施工技术改革的主要途径之一。就当前常见的钢筋混凝土异形柱结构与传统的混凝土结构相比较存在着很大的特殊性，其柱截面形式也与传统的截面柱存在着极大的差异。

一、钢筋混凝土异形柱概述

随着我国国民经济的稳步前进，人民物质生活水平不断提高，人们在生活中对于住房要求也逐渐由原来的最低房屋保障到现在的商品化发展。使得大多数的市民在住房要求上可以按照自己的意愿来选择住房，异形柱框架结构体系就是在这种时代背景下发展形成的，这一结构的出现有效的，满足了建筑结构功能要求，为建筑事业的发展奠定了基础。

1、钢筋混凝土异形柱概念

所谓的异形柱主要指的是那些柱面结构异常的建筑结构简称，这里所谓的异形截面主要指的是区别于传统的几何形状、横截面的异常状态。在目前的工作中，是通过采用异形模板结构来浇筑混凝土形成的混凝土柱结构。异形柱是在满足建筑结构的刚度、承载力要求和前提下，根据建筑结构的使用功能、设计布局的前提下，根据建筑物的使用功能，建筑设计、布置要求而采取的一种其他截面形态的柱体结构。

2、异形柱结构的应用

在当前的建筑工程中，异形柱结构的采用日渐增多。形成这种发展趋势的主要原因在于：首先，随着城市能用土地资源的不断增加，越来越多的高层建筑结构不断出现，从而使得传统的建筑结构无法满足目前人们生活需要而产生的一种新型结构体系；而另外一个方面是因为建筑结构本身的抗震和使用功能的需要而形成的一种新型结构。这种建筑结构的应用使得房屋装饰效果好、家具布置灵活、室内整齐美观的优势。

二、异形柱横截面承载力的研究

随着社会经济发展，各种新兴建筑结构不断涌现，已成为房屋建设工作的重点所在。在现代化建筑结构设计中，目前的工程项目在应用中已成为保证建筑结构质量安全的基础依据。在工程建设中，做好异形柱横截面承载力研究至关重要，是保证工程施工质量和效益的关键所在。

1、异形柱正截面承载力

异形柱截面受到外力的作用下一般都会发生双向弯曲的现象，因此在工作中应当按照双向偏压构件来进行研究。经过工作研究我们发现，在这几种类型的异形柱界面中，普遍存在着承载力与弯矩力低的特点，同时不同方向上的承载力所引起的差异性也较多，其在横截面与轴面上的位置变动也不尽相同。在目前的建筑工程项目中，正截面承载力的计算方法通常都是通过离散截面法和手算法两种进行的。手算法在应用中通常都是建立在点算法基础上形成的一种简单、简化的计算流程，是通过计算图标中所涉及到的仪器、简化公式来进行计算的一个过程。通过在计算中考虑到纵筋锚固的滑移问题和钢筋混凝土结构整体性问题，在计算的过程中需要通过针对建筑结构的本身特点与自身施工优势进行研究，且在工作中进行系统、深入的研究。经过分析表明，在目前的建设工作中，对于异形柱横截面双向弯压柱的计算是一个随着轴压比不断增加而减少，随着荷载角度变动而变化且差异性不断转变的模式。

2、混凝土和钢筋的应变关系

钢筋的应力σs与应变εs为线性关系，钢筋的应力取其应变与弹性模量Es的乘积，但当应力大于强度设计值时取设计值。用公式表达为：σs=εsEs；-fy≤σs≤fy（3）式中，εs，σs-钢筋应变和对应的应力，Es-钢筋的弹性模量；钢筋的拉和受压强度设计值。

3、内力平衡条件

4、异形柱斜截面受剪承载力

L、T、X、十字形截面柱在斜向水平荷载作用下，由于翼缘的有利作用，其受剪承载力的平面图形在各象限呈外凸的梅花瓣形，在斜向剪力作用下，如果按X、Y两个分量分别配筋计算中不考虑垂直方向翼缘的作用满足要求的话，则柱的斜向承载力将满足要求。试验研究表明，轴压力可以推迟斜裂缝的出现，抑制斜裂缝的开展和提高受剪承载力，增加配箍率同样可以提高受剪承载力和变形性能，并使裂缝分布均匀裂缝宽度变窄；提高构件的剪跨比可以提高其延性系数和极限位移。

5、异形柱的受力性能及其轴压比控制

异形柱的延性比普通矩形柱的差。其在设计的过程中轴压比、高长比（即柱净高与截面肢长之比）是影响异形柱破坏形态及延性的两个重要因素。异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，在受力状态下，各肢产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的变形能力比普通矩形柱降低。

三、结语

异型柱框架结构的平面布置比普通矩形柱框架灵活，可以较好满足建筑功能的要求，具有良好的发展前景，结构设计人员应充分了解异型柱的受力特点，正确把握设计要点，确保工程结构安全可靠，经济合理。

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