短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與異形柱在建筑工程中的應(yīng)用

肖勝偉（臨沂市房屋安全鑒定中心，山東 臨沂 276000）

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與異形柱在建筑工程中的應(yīng)用

肖勝偉（臨沂市房屋安全鑒定中心，山東 臨沂 276000）

在當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展中，伴隨著人們的生活水平進(jìn)步，人們對(duì)建筑的需求不再是傳統(tǒng)的顯而易見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)的形式，人們對(duì)空間以及架構(gòu)也需求逐步提高。這種需求與當(dāng)今社會(huì)的建筑中傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)存在的矛盾也逐漸凸顯出來(lái)。為了更好滿足人們?cè)谛颅h(huán)境中的功能需求，必須開(kāi)發(fā)新的適用的框架結(jié)構(gòu)。因而，異形柱和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法隨之誕生。

建筑結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；異形柱；短肢剪力墻；設(shè)計(jì)方式

隨著人們生活水平和城市水平的發(fā)展，人們居住的空間矛盾日益凸顯。寸土寸金的房?jī)r(jià)壓力制約了眾人選擇居住空間的范圍，如何將有限的居住空間發(fā)揮最大的居住體驗(yàn)和儲(chǔ)物功能顯得十分重要。這種需求的壓力，迫使人們開(kāi)始尋找出路，于是城市建設(shè)空間利用率的課題也成為研究的熱點(diǎn)。如何增加建筑物在有限的室內(nèi)空間中的可用空間已成為最關(guān)注的問(wèn)題。如何去將有限的空間利用最大化，已經(jīng)成為當(dāng)前建筑設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。換言之，需求決定市場(chǎng)。為了迎合市場(chǎng)的需求，異形柱和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)這兩種新的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)運(yùn)而生。

1 異形柱結(jié)構(gòu)與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)闡述

1.1 淺析異形柱結(jié)構(gòu)

異形柱結(jié)構(gòu)的柱截面高度和柱寬比為2-4，與正方形和矩形不一樣的柱形。其中包含的分別是異形柱框架和異形柱框架剪力墻兩種，“L”型，“T”型，“十”型是最常用的形式。雙向偏置下異形柱正面截面的承載能力與負(fù)面（作用）方向不同。在L形，T形和十字形三種特殊形狀的柱中，L形柱差異性最大。當(dāng)異形柱的柱結(jié)構(gòu)與等邊特殊形狀柱和不同形狀特殊形狀柱混合時(shí)，必然存在差異，這種差異會(huì)成為在異形柱結(jié)構(gòu)的計(jì)算中不能忽視的問(wèn)題要害。維空間分析法便很好的為這種矛盾提出了解決辦法。

1.2 淺析短肢剪力墻結(jié)構(gòu)

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指肢墻的長(zhǎng)度為剪力墻結(jié)構(gòu)厚度的5-8倍，常用類(lèi)型為“T”，“L”，“X”，“Z”種類(lèi)。種類(lèi)繁多，使用何種類(lèi)型需要具體問(wèn)題具體分析。短碼頭的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算相同，差異性不是很大。兩者都具有剪力墻開(kāi)大的特點(diǎn)。因?yàn)?，兩者兼可使用?柱壁或空間棒-壁元素分析方法的三維分析方法。其中空間條形元素分析方法的計(jì)算模型更符合實(shí)際情況，精度更高。

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)方法和施工工藝仍處于初步發(fā)展階段，尚無(wú)完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，但對(duì)于目前的發(fā)展形勢(shì)，市場(chǎng)這種靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式的需求仍然很大，因此，在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要充分整合特殊建筑項(xiàng)目的應(yīng)用根據(jù)短肢剪力墻和異形柱框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力特性和破壞機(jī)理，選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)。根據(jù)位置、功能、空間要求和經(jīng)濟(jì)投入等因素選擇短肢剪力墻和特殊形狀柱框架的結(jié)構(gòu)影響達(dá)到最佳效果。

由于異形柱框架結(jié)構(gòu)和短肢剪切墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和施工工藝仍處于發(fā)展的初始階段，發(fā)展還比較緩慢，目前還沒(méi)有完整的標(biāo)準(zhǔn)體系。但對(duì)于目前的發(fā)展形勢(shì)，市場(chǎng)需求這種靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，竟然有市場(chǎng)需求就有存在的價(jià)值和意義。因此，在實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要充分整合基于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)和異形柱框架結(jié)構(gòu)結(jié)合特殊施工項(xiàng)目的應(yīng)力特性和破壞機(jī)理的應(yīng)用，具體問(wèn)題具體分析，選擇最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)。根據(jù)位置，功能、空間要求和經(jīng)濟(jì)因素等各種特性的不同，進(jìn)行短肢剪力墻的選擇和異形柱的選擇，從而達(dá)到最佳效果。

表1 異形柱結(jié)構(gòu)適用的最大的高寬比

圖1

2 異形柱結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)規(guī)范

在異形柱的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還有一個(gè)問(wèn)題需要特別注意，就是異形柱框架計(jì)算辦法和軸壓縮比控制。這個(gè)壓縮比的控制影響巨大，這是因?yàn)槠錂M截面不是對(duì)稱(chēng)的，這決定了其受壓力，抗震性能和一般框架結(jié)構(gòu)與實(shí)際應(yīng)用不同。這就要求我們需要謹(jǐn)慎計(jì)算，精準(zhǔn)測(cè)量。不對(duì)稱(chēng)橫截面將是雙向偏心載荷將對(duì)異形柱結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定的承載能力評(píng)估，而這份評(píng)估對(duì)于建筑安全的判定影響很大。在設(shè)計(jì)中，對(duì)于異形柱結(jié)構(gòu)單元計(jì)算和軸向壓縮比控制，具體考慮需要注意如下：

由于其特殊的橫截面，在計(jì)算上我們應(yīng)該有所區(qū)別對(duì)待。在對(duì)稱(chēng)軸上通過(guò)水平力，彈性分析計(jì)算其翹曲應(yīng)力非常小，這個(gè)翹曲應(yīng)力的計(jì)算需要精準(zhǔn)。這時(shí)作為水平力來(lái)承受組件的偏置仍可以假設(shè)通過(guò)平面分析，這個(gè)分析非常重要，不能有所忽視，特別是對(duì)于框-剪，框-筒結(jié)構(gòu)。對(duì)于強(qiáng)度為6度及以下的柱I和II位點(diǎn)，我們應(yīng)該具體問(wèn)題具體分析，框架柱僅占據(jù)水平風(fēng)荷載的一小部分，計(jì)算方法也會(huì)有所不同。若按照平常的方法來(lái)計(jì)算誤差比較小。

在這一點(diǎn)上，異形柱可以在整個(gè)分析之前由程序代替恒定面積等剛度矩形柱，這個(gè)方法的應(yīng)用得到了業(yè)界的肯定。當(dāng)水平力大且水平力作用在非主軸方向上時(shí)，不能忽略翹曲應(yīng)力，正如前文提到的，翹曲應(yīng)力的計(jì)算需要精準(zhǔn)。如果平面截面的誤差較大，應(yīng)進(jìn)行異形柱框架結(jié)構(gòu)的有限元分析，以確定內(nèi)力和加固位置和尺寸，這些位置和尺寸的確定，為后續(xù)的工作開(kāi)展提供數(shù)據(jù)支撐。在計(jì)算內(nèi)力和鋼筋計(jì)算時(shí)，應(yīng)使用計(jì)算軟件的異形柱的柱計(jì)算功能?，F(xiàn)在一些軟件沒(méi)有異形柱的柱段，這個(gè)也給我們計(jì)算制造了一些麻煩，比如要用它進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)該如何來(lái)轉(zhuǎn)化呢？首先必須先將區(qū)域的剛度轉(zhuǎn)換成矩形柱，整體分析，得到雙向內(nèi)力后進(jìn)行異形柱的柱截面設(shè)計(jì)。目前來(lái)看，這項(xiàng)工作量相當(dāng)大，而且截面設(shè)計(jì)的可靠性不高，所以采用率不是很高。

軸向壓縮比也是影響砼柱的延性的關(guān)鍵指標(biāo)。這個(gè)指標(biāo)也需要嚴(yán)格控制。在高軸向壓縮比的情況下，增加箍筋量對(duì)柱的延展性的影響非常小。因此，軸向壓縮比的控制對(duì)于柱的延展性非常重要。

3 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及其計(jì)算規(guī)則

與異形柱框架結(jié)構(gòu)相比，另外一種結(jié)構(gòu)，也就是短肢剪力墻結(jié)構(gòu)也獲得重點(diǎn)關(guān)注，該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相對(duì)比較完善。究其原因，這是因?yàn)槎讨袅δ軌驖M足建筑空間狹窄的特殊需要，這種需要正好符合市場(chǎng)的需求。并且從計(jì)算方法來(lái)看，剪力墻結(jié)構(gòu)其計(jì)算，施工，加固等方法基本類(lèi)似于普通剪力墻結(jié)構(gòu)，采用率非常高。但是，在使用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中也需要注意許多問(wèn)題。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在水平力作用下，容易顯示出整體彎曲變形，需要引起我們的忠實(shí)。同時(shí)，其外壁底部的小壁承受較大的垂直載荷和扭轉(zhuǎn)剪力，通過(guò)一些模型試驗(yàn)反映了外墻的肢體開(kāi)裂，我們可以根據(jù)這些模型試驗(yàn)結(jié)果來(lái)開(kāi)展工作。因此，外圍墻體四肢應(yīng)增加厚度和加強(qiáng)，加強(qiáng)小型墻體的延性的抗震性能。這樣一來(lái)，我們就應(yīng)讓短肢壁在兩個(gè)方向上連接，以避免形成獨(dú)立的“一”形壁肢。

同時(shí)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通剪力墻結(jié)構(gòu)其側(cè)向剛度相對(duì)較小，這個(gè)對(duì)設(shè)計(jì)也提出了相應(yīng)的要求。我們應(yīng)該考慮，設(shè)計(jì)中適當(dāng)分布一定數(shù)量的長(zhǎng)墻，或使用電梯時(shí)，樓梯形成較大的剛度內(nèi)管避免強(qiáng)化結(jié)構(gòu)下的強(qiáng)化變形較大。同時(shí)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)建筑也形成二級(jí)抗震設(shè)防。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的弱化部分是建筑的角部的外角邊角，我們經(jīng)常忽視這些。當(dāng)有反作用時(shí)，會(huì)加劇現(xiàn)有的翹曲變形，使第一道墻開(kāi)裂，這時(shí)該如何應(yīng)對(duì)？我們應(yīng)該通過(guò)如降低軸向壓縮比，增加縱向鋼筋和鋼筋筋比等措施來(lái)加強(qiáng)抗震性能。

4 結(jié) 語(yǔ)

總之，有需求才會(huì)有市場(chǎng)，有市場(chǎng)才有生產(chǎn)力，在未來(lái)的工作中進(jìn)行，也需要不斷改進(jìn)兩者的結(jié)構(gòu)，其經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性，地震等功能同時(shí)提升，更好地滿足建筑設(shè)計(jì)的需要。因此，特殊形狀的柱和短腿剪力墻將成為未來(lái)建筑設(shè)計(jì)和施工中最廣泛使用的兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

[1]黃文亮.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜述[J].中國(guó)住宅設(shè)施,2009,4:78～82.

[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) ,2006,12:35～ 38.

[3]高明濤. 短肢剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅設(shè)計(jì)[J]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)( 自然科學(xué)版),2011,6:875～879.

Short leg shear wall structure design and application of special shaped column in construction engineering

in the development of today’s society, with the progress of people’s living standard, demand for construction of the building structure is no longer obviously the traditional form, people of space and architecture also needs to gradually increase.This demand and the construction of modern society in the traditional framework of the existence of the contradictions have gradually emerged. In order to better meet the needs of the people in the new environment, it is necessary to develop a new framework for the application of. Therefore, the design method of special shaped column and short pier shear wall structure is born.

building structure；structural design；special shaped column；short leg shear wall；design method

TU398

：B

:1003-8965(2017)02-0119-02