异形柱与短肢剪力墙结构设计中的几个问题_短肢剪力墙异形柱的划分

　　【摘 要】随着经济的不断发展，我国在当前房屋建设过程中各种建设方式和建设技术措施日益完善。住宅建设在当前社会发展中进入高速发展的阶段，带动多方面不断进步，因此在当前建筑施工中对各种施工工艺要求不断增加。异形柱和短肢剪力墙结构随着当前施工工艺和技术的变化逐步成为当前建筑工程施工的主要形式和重点方式。在建筑工程设计的过程中如何提高当前短肢剪力墙和异形柱的应用措施是当前建筑工程探讨的重点。本文就异形柱与短肢剪力墙结构在当前建筑工程设计中存在的各种问题进行分析，并提出相应的管理和控制措施。
　　【关键词】异形柱；短肢剪力墙；结构设计
　　
　　随着当前社会发展中，各种形式的房屋在设计的过程中现代住宅建筑要求的安全性能已成为当前房屋设计的关键。从结构受力角度来说，异形柱在设计的过程中采用框架加剪力墙体系是当前建筑施工设计的重点，更是当前建筑工程个施工的重点和难点。由于在施工中传统的施工措施和结构形式在当前社会发展中逐步的无法满足于当前人们的需求，采用先进的结构形式进行设计是当前建筑工程中的主要应用方式。平立面布置近于框架结构，柱的截面形式又不拘泥于矩形，通过短肢剪力墙和异形柱的施工形式对当前建筑结构进行综合的处理和应用，为当前建筑结构的更新和改革奠定了基础。
　　1、异形柱结构型式及其计算
　　异形柱结构形式在当前建筑工程施工过程中是应用的重点，是在承受能力能够满足称压力的情况下形成的，截面几何形状为L形、T形、和十字形，截面各肢的肢高肢厚比不大于4的柱。混凝土异形柱框架结构：是以异形柱代替一般框架柱，和梁刚性连接组成的承受竖向和水平作用的结构。其在设计的过程中是基于建筑安全为基础前提进行综合设计和分析，从建筑结构整体性和安全性进行统一的分析与设计，能够在使用的过程中承受不同的压力和结构力，是保证建筑工程质量的关键。
　　2、短肢剪力墙结构及其计算
　　短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。在当前设计和应用的过程中是结合当前的实际情况进行综合的计算和分析，其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在TAT、TBSA中，只需按剪力墙输入即可，而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙结构。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有６个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有７个自由度（多一个截面翘曲角，即扭转角沿纵轴的导数），考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂（如有转换层）时，也存在一些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短（一般为墙厚的５-８倍），本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用TAT、TBSA计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。
　　3、异形柱的受力性能及其轴压比控制
　　某大学的试验研究结果表明：异形柱的延性比普通矩形柱的差。其在设计的过程中轴压比、高长比（即柱净高与截面肢长之比）是影响异形柱破坏形态及延性的两个重要因素。
　　异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，在受力状态下，各肢产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的变形能力比普通矩形柱降低。
　　短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏，设计中应尽量避免出现短柱。根据高长比不宜小于４，在梁高为600mm的前提下，当标准层层高为3.0m时，异形柱的最大肢长可为600mm；底层层高为4.2m时，肢长可为900mm。
　　4、短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱
　　在现代高层住宅的地下室和下部几层，由于停车和商业用房需较大空间，就得通过转换层来实现。在短肢剪力墙结构中，一般都只将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙框支。
　　在短肢剪力墙应用的过程中，是通过各种相应的规范对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于普通柱。其在剪力墙和异形柱设计的过程中，是采用当前相应的社会技术手段综合分析和管理。框支剪力墙结构当转换层位置较高时，如何定义框支柱，是当前建筑设计的关键，其涉及到安全与经济的问题。根据圣维南原理，局部处理的影响只限于局部范围，所以当转换层位置较高（如高位转换）时，除转换层附近楼层的内力较复杂外，下面的结构受到的影响很小，应与普通框架结构基本一样，不必按框支柱处理。文献计算了两个28层的结构，一为内筒外框架结构，一为内筒外框支结构，转换层设在18层。计算结果表明，转换层下二层的内力影响很大，下三层的内力误差最大为15%，下五层的内力已比较接近（最大误差小于10%）,下八层的内力已基本一样（最大误差小于5%）。这说明框支柱只需在五层范围内加以考虑，其它层的柱子按普通框架柱处理即可。因此，建议当转换层位置不超过五层时，转换层下的各层柱均按框支柱处理；当转换层位置超过五层时，转换层下相邻的五层柱按框支柱处理，而其它层的柱按普通框架柱处理。由于高位转换对抗震不利，所以结构设计中应尽量避免高位转换。
　　5、短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计
　　振动台模拟地震试验结果表明，建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙结构将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严重，尤其“一”字形小墙肢破坏最严重；在短肢剪力墙结构中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在短肢剪力墙结构设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。例如，短肢剪力墙在平面上分布要力求均匀，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度（宜取250mm，对底部外围的小墙肢根据需要可取用300mm），加强墙肢端部的暗柱配筋，严格控制墙肢截面的轴压比不超过0.6，以提高墙肢的承载力和延性；高层结构中连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使结构的延性降低，对抗震不利，设计时应注意对连梁进行“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏；短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避免采用“一”字形墙肢；短肢剪力墙底部加强部位的配筋应符合规范要求。
　　6、结束语
　　随着当前社会发展过程中，建筑施工要求和结构形式的不断变化，短肢剪力墙和异形柱结构广泛的被应用在但光纤各种施工模式当中，成为当前建筑结构设计的主要形式。综合当前设计的各个阶段进行统一分析，是保证设计质量的前提。