建筑工程中異形柱與短肢剪力墻結構設計問題的思考

【摘要】本文首先就建筑工程中異形柱和短肢剪力墻結構設計進行了分析研究，然后對目前異形柱和短肢剪力墻結構設計中存在的問題提出了相應的解決措施，為了滿足人們對建筑平面和空間的要求，在現(xiàn)代建筑工程中通常會應用到異形柱和短肢剪力墻結構設計，進行建筑的設計規(guī)劃。然而就目前的異形柱和短肢剪力墻結構設計的實際情況而言，其中還存在著一些不足。本文以下就此進行了詳細的闡述。

【關鍵詞】異形柱； 短肢剪力墻； 結構設計； 解決方案

前言

隨著科學技術的日新月異和社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人們的生活生產水平顯著提高，因此人們對房屋建筑質量和性能也提出了更高的要求，尤其是對高層建筑平面和空間的要求更加嚴格。在現(xiàn)代的建筑工程中，通常會應用到異形柱與短肢剪力墻結構設計。在現(xiàn)代的建筑工程中應用異形柱與短肢墻剪力墻結構設計，不僅可以有效的提高建筑的質量和性能，還能夠滿足人們對建筑平面和空間的要求。隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，異形柱與短肢剪力墻結構設計也得到了長足的發(fā)展，從而進一步為現(xiàn)代的建筑工程建設奠定了堅實的基礎。現(xiàn)代住宅建筑要求大開間，平面及房間布置靈活、方便，室內不出現(xiàn)柱楞、不露梁等。異形柱與短肢剪力墻結構能較好地滿足現(xiàn)代住宅建筑的要求，因而逐漸得到了推廣應用。目前，現(xiàn)行國家規(guī)范或規(guī)程中尚未給出有關異形柱與短肢剪力墻結構設計的條款，因此，結構設計人員在設計中常會遇到一些規(guī)范或規(guī)程尚未論及的問題，需要設計人員積累經(jīng)驗，利用正確的概念進行設計。通過本文對異形柱和短肢剪力墻結構設計的詳細論述，相信讀者對其也有了進一步的認識，總而言之，隨著社會發(fā)展，可以預見，在將來的建筑工程中，異形柱和短肢剪力墻結構設計一定會更加完善。

一、建筑工程中異形柱結構型式及其計算分析

異形柱結構型式有異形柱框架結構、異形柱框架—剪力墻結構和異形柱框架—核心筒結構。異形柱結構自身的特點決定了其受力性能、抗震性能與矩形柱結構不同。由于異形柱截面不對稱，在水平力作用下產生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。因此，對異形柱結構應按空間體系考慮，宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計算程序進行內力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同，所以計算時不應將異形柱按剪力墻建模計算。當采用不具有異形柱單元的空間分析程序（如TBSA 5.0）計算異形柱結構時，可按薄壁桿件模型進行內力分析。對異形柱框架結構，一般宜按剛度等效折算成普通框架進行內力與位移分析。當剛度相等時，矩形柱比異形柱的截面面積大。一般，比值約在1.10-1.30之間。因此，用矩形柱替換后計算出的軸壓比數(shù)值不能直接應用于異形柱，建議用比值對軸壓比計算值加以放大后再用于異形柱。對有剪力墻的異形柱結構，由于異形柱分擔的水平剪力很小，由此產生的翹曲應力基本可以忽略，為簡化計算，可按面積等效或剛度等效折算成普通框架—剪力墻結構進行內力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況，且面積等效計算更為簡便。但應注意，按面積等效計算時，須同時滿足下面兩式：（1）A矩=A異；（2）b/h=1/2，式中，A矩、A異——分別為矩形柱和異形柱的截面面積；b、h——分別為矩形截面的寬和高；Ix異、Iy異——分別為異形柱截面x、y向的主形心慣性矩。一般，按面積等效計算時，矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對有剪力墻的異形柱結構，計算分析表明，按面積等效與按剛度等效的計算結果是接近的。異形柱的截面設計，可根據(jù)上述方法得出的內力，采用適合異形柱截面受力特性的截面計算方法進行配筋計算。

二、建筑工程中短肢剪力墻結構及其計算分析

短肢剪力墻結構是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構。其計算模型、配筋方式和構造要求均同于普通剪力墻結構。在TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT、TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結構。TAT、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有6個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有7個自由度，考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內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、結構布置復雜時，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，當結構布置復雜時變形不協(xié)調。而短肢剪力墻結構由于肢長較短，本身較高細，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計算短肢剪力墻結構能較好地反映結構的受力，精度較高。

三、建筑工程中異形柱的受力性能及其軸壓比控制分析

異形柱由于多肢的存在，其剪力中心與截面形心往往不重合，在受力狀態(tài)下，各肢產生翹曲正應力和剪應力。由于剪應力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出現(xiàn)裂縫，即產生腹剪裂縫，導致異形柱脆性明顯，使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。短柱在壓剪作用下往往發(fā)生脆性的剪切破壞，設計中應盡量避免出現(xiàn)短柱。根據(jù)高長比不宜小于4，在梁高為600mm的前提下，當標準層層高為3.0m時，異形柱的最大肢長可為600mm；底層層高為4.2m時，肢長可為900mm。

四、建筑工程中短肢剪力墻結構中轉換層的設置高度及框支柱分析

隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展和城市化建設進程的加快，為了更好的利用城市空間，從而緩解城市的空間壓力，在現(xiàn)代的高層建筑中通常會修建地下室用來做地下停車場或者商業(yè)用房。然而地下停車廠和商業(yè)用房所需要的空間較大，所以就必須通過轉換層來滿足停車場和商業(yè)用房對空間的要求。在現(xiàn)代的高層建筑中應用短肢剪力墻結構設計，通常只將一部分的剪力墻落地，其他的剪力墻框支。根據(jù)相關資料顯示，科學合理地控制轉換層下部框支，能夠有效的減少轉換層附近的層間位移角以及內力突變。

五、結語

隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，在現(xiàn)代的建筑領工程中，涌現(xiàn)出了大批先進的施工工藝和施工材料，從而為現(xiàn)代的建筑工程建設奠定了堅實的基礎。并且隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活生產水平不斷提高，人們對住宅的平面和空間也提出了更高的要求。在現(xiàn)代的建筑工程中，傳統(tǒng)的框架結構已經(jīng)不能達到人們對建筑平面和空間的要求。因此，為了滿足人們對房屋建筑平面和空間提出的要求，異形柱和短肢剪力墻結構設計應運而生，其中短肢剪力墻結構不僅融合了傳統(tǒng)框架結構的所有優(yōu)點，而且還進行了相信的改進創(chuàng)新，慢慢地發(fā)展成為了能夠滿足人們對住宅空間要求的結構形式。在現(xiàn)代的建筑工程中，短肢剪力墻結構的截面厚度不能超過300mm，并且剪力墻各肢截面高度和厚度之比的范圍應該在4～8之間。隨著異形柱和短肢剪力墻結構設計在現(xiàn)代建筑工程中的應用，有效的滿足了人們對現(xiàn)代建筑的大開間和平面布置靈活以及室內不出現(xiàn)柱楞、不漏梁等要求。因此，異形柱和短肢剪力墻結構設計在現(xiàn)代的建筑工程中被迅速推廣，并且得到了長足的發(fā)展。然而我國目前的異形柱與短肢剪力墻結構設計的設計情況而言，由于有關部門尚未對異形柱與短肢剪力墻結構設計制定相應的技術標準，從而導致了設計人員只能夠依靠經(jīng)驗進行建筑的異形柱與短肢剪力墻結構設計。本文從異形柱結構型式及其計算出發(fā)，對異形柱與短肢剪力墻結構設計進行研究，并且對其中的設計要點進行了詳細闡述，以供同行參考。