摘要：現(xiàn)代住宅通常都要求大開間，房間平面布置比較靈活，室內(nèi)沒(méi)有柱楞等，而異形柱及短肢剪力墻則可以很好的滿足這一要求，所以應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。不過(guò)現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范中對(duì)異形柱以及短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定還不夠明確，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要注意要運(yùn)用正確的概念。本文就針對(duì)異形柱以及短肢剪力墻體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。
關(guān)鍵詞：異形柱；短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一、異形柱和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)
   異形柱與短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，與建筑平面相結(jié)合，布置豎向構(gòu)件是將間隔墻的位置加以充分利用，與建筑的使用功能幾乎不會(huì)有矛盾之處。通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)計(jì)算，墻的數(shù)量可自由設(shè)置，肢的長(zhǎng)短也可以自由設(shè)置，主要由抗側(cè)力需要來(lái)確定，還可以通過(guò)不同的尺寸與布置對(duì)剛度中心位置進(jìn)行調(diào)整；第二，布置靈活，有較大的調(diào)整空間，方案選擇的范圍也比較大，對(duì)于支承樓蓋的要求處理比較簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)方案比較合理；第三，各個(gè)墻連接的梁會(huì)隨著墻肢的位置隱于間隔墻豎平面內(nèi)，基本上是隱蔽的。
二、異形柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（一）異形柱結(jié)構(gòu)形式計(jì)算
異形柱的結(jié)構(gòu)形式包括異形柱框架結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架核心筒結(jié)構(gòu)三種。按照相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示，異形柱框架結(jié)構(gòu)的破壞特征類似于矩形柱框架結(jié)構(gòu)，其底層柱的上、下端是柱的危險(xiǎn)截面，受到破壞時(shí)，異形柱和梁柱節(jié)點(diǎn)的裂縫不明顯，異形柱的長(zhǎng)細(xì)比較大，有豐滿的滯回曲線，變形能力及層間變形能力比較強(qiáng)。因?yàn)楫愋沃�的截面是不�?duì)稱的，受到水平力的作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生雙向偏心受壓，從而承載力會(huì)受到一定的影響。所以在設(shè)計(jì)異形柱結(jié)構(gòu)時(shí)要基于空間體系的角度加以考慮，最好先采取具有異形柱單元的計(jì)算軟件分析其內(nèi)力和位移。由于異形柱與短肢剪力墻的受力特點(diǎn)不一樣，因以在實(shí)際計(jì)算時(shí)不得將異形柱按照短肢剪力墻的建模來(lái)計(jì)算。
如果空間分析程序沒(méi)有異形柱單元，則在計(jì)算異形柱結(jié)構(gòu)時(shí)，其內(nèi)力分析可以參照薄壁桿件模型來(lái)進(jìn)行。對(duì)于異形柱框架結(jié)構(gòu)，在分析其內(nèi)力和位移時(shí)，可以按照剛度等效折算為普通框架的方法來(lái)進(jìn)行。如果剛度相等，矩形柱的截面面積要大于異形柱，比值大概為1.1左右。所以用矩形柱所計(jì)算出的軸壓比數(shù)值還不能直接用于異形柱，最好再用比值對(duì)軸壓比計(jì)算值放大后再用。
有些異形柱結(jié)構(gòu)有剪力墻或者核心筒，此時(shí)異形柱所承提的水平剪力相對(duì)較小，其所產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力可以忽略不計(jì)。為了使計(jì)算更簡(jiǎn)單，在分析內(nèi)力與位移時(shí)可以按照剛度等效或者面積等效將其折算為普通框架剪力墻或者核心筒，不僅異形柱軸壓比的情況可以準(zhǔn)確的反應(yīng)出來(lái)，而且簡(jiǎn)化的計(jì)算過(guò)程。在進(jìn)行異形柱的截面設(shè)計(jì)時(shí)同樣可以按照上述方法得出內(nèi)力，通過(guò)適用于異形柱截面受力特性的計(jì)算方法計(jì)算配筋。
（二）異形柱的受力性能及軸壓比的控制
1、異形柱的受力性能
影響異形柱截面延性的因素有很多，主要包括軸壓比、柱凈高和截面肢長(zhǎng)的高長(zhǎng)比以及箍筋的直徑和間距等。異形柱截面雙向壓彎柱的截面曲率延性可以通過(guò)增加縱筋或箍筋的直徑、減小箍筋的間距等來(lái)實(shí)現(xiàn)，這其中箍筋間距的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于箍筋直徑的影響，因此要提高截面的延性可以通過(guò)加密箍筋的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。異形柱截面雙向壓彎柱破壞特征主要是由軸壓比來(lái)決定的。軸壓比越大，截面的曲率延性會(huì)降低，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要特別注意這種情況。
與一般的矩形柱相比，異形柱的延性相對(duì)較差。因?yàn)楫愋沃�中存在多肢，其剪力中心通常不�?huì)重合于截面形心，在處于受力狀態(tài)時(shí)，各肢會(huì)產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力及剪應(yīng)力。受到剪應(yīng)力的作用，柱肢混凝土?xí)�比普通矩形柱先出現(xiàn)裂縫，即腹剪裂縫，因此異形柱的脆性比較明顯，與普通矩柱相比變形能力比較低。
2、軸壓比的控制
   軸壓比是保證異形柱延性的決定性因素，因此軸壓比的控制特別重要�？刂浦�截面軸壓比的主要目的即保證柱的截面尺寸足夠大，避免出現(xiàn)小偏壓破壞等現(xiàn)象，使得異形柱的變形能力得到提高，進(jìn)一步滿足抗震要求。為了應(yīng)用方便，可以在6度設(shè)防區(qū)，對(duì)于異形柱框架結(jié)構(gòu)而言，L形截面的軸壓比要按制在0.6以內(nèi)；而T形截面的軸壓比則控制在0.65以內(nèi)；十字形截面的軸壓比控制在0.8以內(nèi)。對(duì)于異形柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，因?yàn)榭蚣苁堑诙�道抗震防線，因此框架柱的軸壓比與異形柱框架結(jié)構(gòu)相比可以適當(dāng)放寬，L形控制在0.65以內(nèi)、T形控制在0.7以內(nèi)，而十字形截面軸壓比則控制在0.9以內(nèi)。短柱受到壓剪作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)脆性剪切破壞現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)中盡量不要出現(xiàn)短柱問(wèn)題。而且要防止高長(zhǎng)比低于4。異形柱是由短肢剪力墻向著矩形柱過(guò)渡的構(gòu)件，其短肢截面肢長(zhǎng)與肢寬的肢厚比要小于4。
三、剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（一）短肢剪力墻的布置與計(jì)算
因?yàn)橄鄬?duì)而言異形柱的抗側(cè)剛度比較小，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了防止其受到地震作用時(shí)結(jié)構(gòu)發(fā)生過(guò)大的變形，最好布置一定數(shù)量的長(zhǎng)墻，或者利用電梯間形成具有較大剛度的內(nèi)筒。異形柱的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型、配筋方式以及構(gòu)造要求等和一般的剪力墻結(jié)構(gòu)是一樣的，計(jì)算時(shí)在TAT、TBSA中按照剪力墻輸入即可。TAT、TBSA所采用的均是桿件和薄壁桿件模型，其中梁和柱是普通的空間桿件，每端有6個(gè)自由度，墻為薄壁桿件，每端7自由度，與梁和柱相比墻多了一個(gè)扭轉(zhuǎn)角沿縱軸的導(dǎo)數(shù)，即截面翹曲角。由于墻單元會(huì)受到非平面變形的作用，利用矩陣位移法由單元?jiǎng)偠染仃囆纬煽倓偠染仃�，引入樓板平面�?nèi)的剛度無(wú)限大，再假定減少部分未知量后進(jìn)行求解。這種方法在各種平面布置中比較適用，它有著精度高及未知量少的特點(diǎn)。不過(guò)在分析一些低寬、結(jié)構(gòu)的布置較復(fù)雜的異形柱時(shí)，薄壁桿件模型也存在一定的問(wèn)題，主要是由于其對(duì)于剪切變形的作用未作充分考慮，如果結(jié)構(gòu)的布置比較復(fù)雜時(shí)變形就會(huì)不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻由地墻肢短，自身的形狀細(xì)高，與桿件的性能更加接近，因此利用TAT、TBSA計(jì)算異形柱，可以將其結(jié)構(gòu)受力精確的反映出來(lái)。
此外，一些異形柱設(shè)有轉(zhuǎn)換層，受力面經(jīng)過(guò)框支剪力墻向受力點(diǎn)過(guò)渡，因?yàn)楸”跅U件的連接處是點(diǎn)連接，因此這種情況下薄壁桿模型在處理位移的連續(xù)以及力的正確傳遞時(shí)效果就不太好，所以如果異形柱帶有轉(zhuǎn)換層，最后采用墻元模型軟件來(lái)計(jì)算。
（二）異形柱設(shè)計(jì)的抗震問(wèn)題
建筑平面外邊緣、角點(diǎn)外的墻肢、底部外圍小墻肢以及連梁等處，是異形柱中的抗震薄弱環(huán)節(jié)。如果出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，最先開裂的往往是建筑平面的外邊緣和角點(diǎn)處；受到地震的作用時(shí)，高層異形柱往往會(huì)發(fā)生整體彎曲變形，由于底部外圍小墻肢的截面積較小但承受的豎向荷載卻比較大，因此會(huì)受到嚴(yán)重的破壞。在因設(shè)計(jì)過(guò)程中要加強(qiáng)這些薄弱環(huán)節(jié)的抗震設(shè)計(jì)，比如在異形柱平面上所分布的力盡量均勻，使其剛度中心盡量接近建筑物中心，將扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響降至最低；對(duì)于建筑平面的外邊緣和角點(diǎn)處的墻肢，可以適當(dāng)增加其厚度，加強(qiáng)墻肢端部的暗柱配筋，保證墻肢截面的軸壓比要按制在0.6以內(nèi)，使得墻肢的承截力及延性得到提高。在高層建筑中，連梁屬于耗能構(gòu)件，如果連梁的剪切受到破壞會(huì)降低結(jié)構(gòu)的延性，不利于抗震，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要注意連梁要作強(qiáng)剪弱彎的驗(yàn)算，短肢剪力墻最后在兩個(gè)方向都有拉結(jié)的梁，而連梁最好布置在各肢的平面內(nèi)部，禁止使用“一”字形墻肢。
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