基于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

田紅潮

摘要：基于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)與異形柱框架結(jié)構(gòu)工程實踐基礎(chǔ)上，論述兩種結(jié)構(gòu)形式的受力特點，并分析了各自的結(jié)構(gòu)計算、構(gòu)造等相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：異形柱結(jié)構(gòu) 短肢剪力墻機構(gòu) 設(shè)計

一、異型柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的特點

1.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計特點。具有較多短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)稱為短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)型式的特點是：①結(jié)合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾；②墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整剛度中心的位置；⑦能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡單；④連接各墻的梁，隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi)，可隱蔽；⑤根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件，較易滿足剛度和強度要求。

2.異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計特點。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。這種結(jié)構(gòu)的特點是：①由于截面的這種特殊性，使得墻肢平面內(nèi)外兩個方向剛度對比相差較大，導(dǎo)致各向剛度不一致，其各向承載能力也有較大差異；②對于長柱可以不考慮剪切變形的影響，控制軸壓比較小時，受力明確，變形能力較好。而對短柱，剪切變形占有相當(dāng)比例，構(gòu)件變形能力下降。③異形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范圍之外，受力時要靠各柱肢交點處核心砼協(xié)調(diào)變形和內(nèi)力，這種變形協(xié)調(diào)使各柱肢內(nèi)存在相當(dāng)大的翹曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，而該剪應(yīng)力的存在，使柱肢易先出現(xiàn)裂縫，也使得各肢的核心砼處于三向剪力狀態(tài)，它使得異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯；④特別是異形柱不同于矩形柱，它存在著單純翼緣柱肢受壓的情況，其延性更差。由國內(nèi)外大量的試驗資料和理論分析，異形柱的破壞形態(tài)為：彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等。

二、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.剪力墻結(jié)構(gòu)布置。剪力墻布置不宜太密，使結(jié)構(gòu)具有適宜的側(cè)向剛度；若側(cè)向剛度過大，不僅加大自重，還會使地震力增大。剪力墻宜自下到上連續(xù)布置，避免剛度突變。當(dāng)剪力墻與平面外方向的梁連結(jié)時，可加強剪力墻平面外的抗彎剛度和承載力；或減小梁端彎矩的措施。高層結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用全部為短肢剪力墻的剪力墻結(jié)構(gòu)。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的最大適用高度應(yīng)適當(dāng)降低。

2.剪力墻結(jié)構(gòu)平面協(xié)同工作分析。在豎向荷載作用下，各片剪力墻承受的壓力可近似按各肢剪力墻負(fù)荷面積分配；在水平荷載作用下，各片剪力墻承受的水平荷載可按結(jié)構(gòu)平面協(xié)同工作分析。即研究水平荷載在剪力墻之間分配問題的一種簡化分析方法。實際上，當(dāng)房屋的體型比較規(guī)則，結(jié)構(gòu)布置和質(zhì)量分布基本對稱時，為簡化計算，通常不考慮扭轉(zhuǎn)影響。

三、異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

1.異形框架計算。組成異形柱結(jié)構(gòu)體系的截面形式較多，故做整體分析時，宜采用三維分析。按砼設(shè)計規(guī)范計算，而對于在柱截面對稱軸內(nèi)受水平力作用較大，或水平力在非主軸方向時，彈性分析計算翹曲應(yīng)力不容忽視，按平界面假定誤差較大，應(yīng)對異形柱框架結(jié)構(gòu)進行有限元分析，決定內(nèi)力和配筋位置及大小。

2.截面選取?？蚣芰航孛娓叨瓤砂矗?/10～1/15）1b確定（1b為計算跨度），且非抗震設(shè)計時不宜小于350mm；抗震設(shè)計時不宜小魚400mm。梁的凈跨與截面高度的比值不宜小于4。梁的截面寬度不宜小于截面高度的1/4和200mm。異形柱截面的肢厚不應(yīng)小于200mm，肢高不應(yīng)小于500mm。柱兩肢的肢高比不宜超過1.6，且肢厚相差不大于50mm，柱截面各肢的肢高肢厚之比控制在不大于4的范圍。

3.配筋構(gòu)造。在正確的結(jié)構(gòu)選型及計算后，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，柱端部分會出現(xiàn)較大應(yīng)力，加上梁作用于柱肢上應(yīng)力的不均勻，一般越靠近肢端應(yīng)力越大，對柱肢形成偏心壓力，進一步加大肢端壓應(yīng)力。

4.軸壓比控制。對框架結(jié)構(gòu)，框-剪結(jié)構(gòu)，柱的延性對于耗散地震能量，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關(guān)鍵指標(biāo)。柱的側(cè)移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降。在高軸壓比情況下，增加箍筋用量對提高柱的延性作用已很小，因而軸壓比大小的控制對柱的延性影響至關(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，因而對異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制。

5.節(jié)點域抗剪。在較高設(shè)防烈度抗震設(shè)計的異形柱結(jié)構(gòu)適用的房屋最大高度確定中，框架的節(jié)點核心區(qū)受剪承載力起主要控制作用。由于截面尺寸較窄，故受剪承載力較低；因而房屋的最大高度相對較低，異形柱截面形式的影響，L形柱軸壓比限值和節(jié)點核心區(qū)受剪承載力均低于T形和十形，故結(jié)構(gòu)中L形柱較多時，結(jié)構(gòu)高度應(yīng)適當(dāng)降低。

6.混凝土強度。因異形柱結(jié)構(gòu)中的截面尺寸較?。ㄖ瘢?，故節(jié)點核心區(qū)對于混凝土的施工要求更為嚴(yán)格，《規(guī)范》規(guī)定混凝土強度等級不應(yīng)低于C25，不應(yīng)高于C40。

7.異形柱結(jié)構(gòu)的施工重點。異形柱柱肢是由兩個相互正交的柱肢組成，柱肢厚度?。ㄒ话銥?00～250mm），而肢較長（一般為500～800mm），鋼筋較為密集，且混凝土澆筑困難，保證鋼筋安裝位置，特別是梁柱縱向受力鋼筋安裝位置準(zhǔn)確，滿足驗收《規(guī)范》合理偏差要求，以保證結(jié)構(gòu)混凝土的強度等級符合要求。

四、結(jié)語

“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“異形柱框架結(jié)構(gòu)”形式在現(xiàn)代建筑行業(yè)中已成為了很關(guān)鍵的一種形式，隨著用戶們對建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求的提高，這兩種新的結(jié)構(gòu)由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點，受到了建筑師的肯定，未來建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中兩種結(jié)構(gòu)形式應(yīng)用的層面也將越來越深。