異形柱與短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

申崴 王陸陸

【摘要】目前，異形柱和短肢剪力墻在我國(guó)的建筑行業(yè)得到了很好的發(fā)展。異形柱框架與短肢剪力墻有著較大的市場(chǎng)需求，并廣泛的被人們采用。本文從短肢剪力墻與異形柱設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式、計(jì)算方式、抗震問(wèn)題等方面進(jìn)行闡述，并對(duì)在異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題進(jìn)行探討，對(duì)提高？異形柱與短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】異形柱；短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)？

一、關(guān)于異形柱結(jié)構(gòu)與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)？

1、異形柱結(jié)構(gòu)？。異形柱結(jié)構(gòu)是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4，相對(duì)于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。它包括異形柱框架和異形柱框架剪力墻，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。異形柱的雙向偏壓正截面承載力隨荷載（作用）方向不同而有較大差異。在L形、T形和十字形三種異形柱中，以L形柱的差異最為顯著。當(dāng)異形柱結(jié)構(gòu)中混合使用等肢異形柱與不等肢異形柱時(shí)，則差異情況更為錯(cuò)綜復(fù)雜，成為異形柱結(jié)構(gòu)地震作用計(jì)算中不容忽視的問(wèn)題。所以對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)采用三維空間分析的方法。由于異形柱框架結(jié)構(gòu)和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方式與施工技術(shù)還處于初期發(fā)展階段，沒(méi)有一個(gè)較為完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，但就目前的發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，市場(chǎng)對(duì)于這種靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的需求還是很大的，為此，在實(shí)際的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要充分結(jié)合建筑項(xiàng)目的應(yīng)用特點(diǎn)、功能作用、空間需求以及經(jīng)濟(jì)投入等各方面因素綜合考慮，根據(jù)短肢剪力墻與異形柱框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和破壞機(jī)理，選擇最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的建筑效果。 ？

2、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)？。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻，目前在日常建筑中短肢剪力墻的形式有很多，常用的形式主要有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型等。對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，因其是剪力墻大開(kāi)口而成，所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿-系簿壁柱空間分析方法或空間桿-墻組元分析方法，其中空間桿墻組元分析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際情況，精度較高。雖然三維桿系-簿壁柱空間分析程序使用較早、應(yīng)用較廣，但對(duì)墻肢較長(zhǎng)的短肢剪力墻，應(yīng)該用空間桿-墻組元程序進(jìn)行校核。？

二、異形柱結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)？

異形柱結(jié)構(gòu)型式有異形柱框架結(jié)構(gòu)、異形柱框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和異形柱框架—核心筒結(jié)構(gòu)。 異形柱結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)決定了其受力性能、抗震性能與矩形柱結(jié)構(gòu)不同。由于異形柱截面不對(duì)稱(chēng)，在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來(lái)的影響不容忽視。因此，對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按空間體系考慮，宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計(jì)算程序進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同，所以計(jì)算時(shí)不應(yīng)將異形柱按剪力墻建模計(jì)算。？

按《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》進(jìn)行截面與構(gòu)造設(shè)計(jì)，相對(duì)于異形柱結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的理論與實(shí)踐較為成熟，但這種結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然有需要引起重視的方面。？

（1）由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對(duì)較小，設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大的變形，同時(shí)也形成兩道抗震設(shè)防；？

（2）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，會(huì)加劇已有的翹曲變形，使其墻肢首先開(kāi)裂，應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施，如減小軸壓比，增大縱筋和箍筋的配筋率；？

（3）高層短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下，顯現(xiàn)整體彎曲變形為主，底部外圍小墻肢承受較大的豎向荷載和扭轉(zhuǎn)剪力，由一些模型試驗(yàn)反映出外周邊墻肢開(kāi)裂，因而對(duì)外周邊墻肢應(yīng)加大厚度和配筋量，加強(qiáng)小墻肢的延性抗震性能。短肢墻應(yīng)在兩個(gè)方向上均有連接，避免形成孤立的“一”字形墻肢；？

（4）各墻肢分布要盡量均勻，使其剛度中心與建筑物的形心盡量接近，必要時(shí)用長(zhǎng)肢墻來(lái)調(diào)整剛度中心；？

（5）高層結(jié)構(gòu)中的連梁是一個(gè)耗能構(gòu)件，在短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，墻肢剛度相對(duì)減小，連接各墻肢間的梁已類(lèi)似普通框架梁，而不同于一般剪力墻間的連梁，不應(yīng)在計(jì)算的總體信息中將連梁的剛度大幅下調(diào)，使其設(shè)計(jì)內(nèi)力降低，應(yīng)按普通框架梁要求，控制砼壓區(qū)高度，其梁端負(fù)彎矩鋼筋可由塑性調(diào)幅70%-80%來(lái)解決，按強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁的延性要求進(jìn)行計(jì)算。？

三、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及其計(jì)算？

異形柱結(jié)構(gòu)是指柱肢的截面高度與柱肢寬度的比值在2-4，相對(duì)于正方形與矩形柱而言是異形的柱子。其計(jì)算模型、配筋方式和構(gòu)造要求均同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除滿足高規(guī)中對(duì)結(jié)構(gòu)布置要求外，還應(yīng)注意幾個(gè)方面的問(wèn)題：？

1、異形框架的設(shè)計(jì)？

由于異形柱的截面具有一定的特殊性，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)得到了人們廣泛的應(yīng)用，這也主要和異形柱的受力性能的截面的延性有關(guān)。異形柱截面的延性主要與軸壓比、箍筋的直徑與間距、高長(zhǎng)比等因素有關(guān)。當(dāng)隨著軸壓比增大，截面的曲率延性下降，截面由于延性較好的受拉破壞法制為界限破壞受壓破壞，由此可見(jiàn)，異形柱的延性比普通矩形柱的要差，因此，在對(duì)異形柱進(jìn)行框架設(shè)計(jì)時(shí)，異形柱采用了多肢存在的方式使其剪力中心與截面不重合，在進(jìn)行受力作用時(shí)，在進(jìn)行彈力分析計(jì)算器得出翹曲應(yīng)力很小因此異形柱的變形能力要比普通矩形柱的要差，這樣就很好的保證了建筑物的穩(wěn)定性，也是的建筑物有著較強(qiáng)的抗壓能力。？

2、軸壓比控制？

對(duì)框架結(jié)構(gòu)，框-剪結(jié)構(gòu)，柱的延性對(duì)于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起著十分重要的作用，且軸壓比又是影響砼柱延性的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。？

在高軸壓比情況下，增加箍筋用量對(duì)提高柱的延性作用已很小，因而軸壓比大小的控制對(duì)柱的延性影響至關(guān)重要，特別是異形柱結(jié)構(gòu)剪力中心與截面形心不重合，剪應(yīng)力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生腹剪破壞，加上異形柱多屬短柱，這些導(dǎo)致異形柱脆性明顯，使異形柱的延性普遍低于矩形柱，因而對(duì)異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制。？

3、配筋構(gòu)造？

在正確的結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算后，截面內(nèi)鋼筋的構(gòu)造也是保證異形柱受力性能的重要因素。由于異形柱截面的特點(diǎn)，柱肢端部會(huì)出現(xiàn)較大應(yīng)力，加上梁作用于柱肢上應(yīng)力的不均勻，一般越靠肢端應(yīng)力越大，對(duì)柱肢形成偏心壓力，進(jìn)一步加大肢端壓應(yīng)力。因而在異形柱配筋時(shí)，應(yīng)在肢端設(shè)暗柱，暗柱的外排鋼筋由計(jì)算而定。？

四、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱環(huán)節(jié)及概念設(shè)計(jì)？

在建筑物當(dāng)遇到振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，處于建筑平面邊緣及角點(diǎn)處的墻肢會(huì)出現(xiàn)裂開(kāi)的進(jìn)行，在地震的作用下，高層建筑的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)變形、扭曲等現(xiàn)象，而地步外圍的小墻肢和梁柱的受力負(fù)荷將會(huì)加大，對(duì)其建筑的會(huì)造成嚴(yán)重的破壞，尤其是這種“一字型”的小墻肢所破壞的情況會(huì)更加嚴(yán)重。？

五、結(jié)束語(yǔ)？

隨著異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑工程中的應(yīng)用，使得建筑工程的性能和質(zhì)量都得到了大幅度提升，從而進(jìn)一步促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展。而在進(jìn)行異形柱與斷肢建立墻結(jié)構(gòu)施工之前，必須要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，只有科學(xué)合理的異形柱與斷肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能夠確保其施工能夠按部就班的進(jìn)行，從而才能夠提高其施工的質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)？

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[2]閆德樓，趙麗霞.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].職業(yè)技術(shù)，2014（12）