異形柱與短肢剪力墻分析探討

關(guān)鍵詞：異形柱 短肢剪力墻 探討 

　　概述： 

　　傳統(tǒng)的框架由于剪力墻的嚴(yán)格限定分割和柱體在小開間房屋的棱角而影響空間視覺和家居布置，經(jīng)過不斷地實(shí)踐，出現(xiàn)了斷肢剪力墻和異形柱結(jié)構(gòu)。“短肢”剪力墻就是采用了較短的剪力墻肢（短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5:8的剪力墻），其仍屬于剪力墻結(jié)構(gòu)體系，當(dāng)這些墻肢截面高度與墻厚之比不小于3時(shí)，它已接近于柱的形式，但并非是方柱，此時(shí)稱之為“異形柱”。 

　　一、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。異形柱結(jié)構(gòu)建筑在七度區(qū)的最大適用高度為45m。 

　　（一）異形柱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 

　　1.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(shí)要靠各柱肢交點(diǎn)處核心混凝土協(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，也使得各肢的核心混凝土處于三向剪力狀態(tài)，它使得異形柱較普通截面柱變形能力低，脆性破壞明顯。 

　　2.對(duì)于長柱(H／h>4)可以不考慮剪切變形的影響，控制軸壓比較小時(shí)，受力明確，變形能力較好。而對(duì)短柱(H／h<4)，剪切變形占有相當(dāng)比例，構(gòu)件變形能力下降。異形柱通常在短柱范圍，且屬薄壁構(gòu)件，即使發(fā)生延性的彎曲形破壞，使彎曲變形性能有限，延性較差。 

　　3.由于截面的這種特殊性，使得墻肢平面內(nèi)外兩個(gè)方向剛度對(duì)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。 

　　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(yàn)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，影響其破壞形態(tài)的因素有：荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長比，配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。由于其受力性能的復(fù)雜，設(shè)計(jì)中必須通過可靠的計(jì)算和必要的構(gòu)造措施來保證其強(qiáng)度和延性。 

　�。ǘ�）異形柱的設(shè)計(jì) 

　　1.異形柱框架宜雙向布置，結(jié)構(gòu)平面宜規(guī)則、對(duì)稱、質(zhì)量、剛度宜分布均勻，使質(zhì)心和剪切中心重合，以減小扭轉(zhuǎn)不利的影響�，F(xiàn)有規(guī)程一般要求填充輕質(zhì)材料，以利于結(jié)構(gòu)抗震。 

　　2.豎向的質(zhì)量分布和剛度變化應(yīng)均勻，避免截面突變，造成結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度突變，產(chǎn)生薄弱層塑性變形集中現(xiàn)象。 

　　3.異形柱結(jié)構(gòu)的框架梁高寬比較大，柱肢狹長，梁端形成剛域，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮剛域效應(yīng)。 

　　4.由于目前精確計(jì)算地震作用尚有一定難度，異形柱體系又具有獨(dú)特的力學(xué)特性，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)。 

　　二、短肢剪力墻結(jié)構(gòu) 

　　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長度為厚度的5～8倍剪力墻結(jié)構(gòu)。常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)建筑最大適用高度為100m。 

　　（一）短肢剪力墻的受力特點(diǎn) 

　　1.短肢剪力墻一般較為高細(xì)，是一種強(qiáng)肢弱梁型連肢墻，破壞形態(tài)由受彎承載力控制，延性較好。 

　　2.據(jù)國內(nèi)的一些試驗(yàn)結(jié)果可知，承受軸壓力較大時(shí)，剪力墻延性較差，此時(shí)處于小偏心壓彎狀態(tài)。所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使結(jié)構(gòu)剛度適宜，傳力路徑明確。 

　　3.連梁跨高比較大，其破壞以彎曲破壞為主，部分出現(xiàn)剪切破壞。地震作用下首先在連梁端部出現(xiàn)塑性鉸，一般情況下連梁首先開裂，然后墻肢開裂。連梁起到很好的耗能作用。連梁和墻肢的剛度比影響短肢墻的受力性能，在設(shè)計(jì)中一般取在0.03―0.05范圍內(nèi)較好。 

　　4.高寬比增大，延性較好，其破壞以彎曲破壞類型為主。 

　　5.的翼緣和腹板相交處應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，出現(xiàn)明顯的上下貫通裂縫。 

　　6.型剪力墻由于扭轉(zhuǎn)作用破壞最為嚴(yán)重，所以在設(shè)計(jì)中 

　　應(yīng)盡量避免這種形式。 

　　7.平面外邊緣及角部處的墻肢是抗震薄弱部位，當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，此部位的墻肢首先開裂，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)減小軸壓比、增加縱筋和箍筋的配筋率。 

　�。ǘ�）短肢剪力墻布置及其計(jì)算 

　　由于短肢剪力墻的抗側(cè)剛度相對(duì)較小，設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻(相對(duì)短肢而言)或利用電梯問形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的變形。短肢剪力墻結(jié)構(gòu)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TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT、TBSA更適合用來計(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TAT、TBSA所用的計(jì)算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個(gè)自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個(gè)自由度，考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元?jiǎng)偠染仃囆纬煽倓偠染仃�，引入樓板平面�?nèi)剛度無限大假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置．未知量少，精度較高。但是，薄壁桿件模型在分析剪力墻較為低寬、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時(shí)，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時(shí)變形不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于墻肢較短(一般為墻厚的5―8倍)，本身較高細(xì)，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力，精度較高。 

　　對(duì)設(shè)有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，框支剪力墻是受力面向受力點(diǎn)過渡，由于薄壁桿件的連接處是點(diǎn)連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的正確傳遞。因此，帶有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先采用墻元模型軟件（如SATWE)進(jìn)行計(jì)算。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]賈春偉，艾冬娜 議建筑短肢剪力墻與異形柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析―黑龍江科技信息2008 (35) 

　　[2]董偉 淺談異形柱與短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)―中國高新技術(shù)企業(yè)2010 (12) 

　　[3]蔡惠嬌 高層住宅異形柱結(jié)構(gòu)與短肢剪力墻的設(shè)計(jì)探討―廣州建筑2004 (5)