异形柱与短肢剪力墙的结构设计

申崴 王陆陆

【摘要】目前，异形柱和短肢剪力墙在我国的建筑行业得到了很好的发展。异形柱框架与短肢剪力墙有着较大的市场需求，并广泛的被人们采用。本文从短肢剪力墙与异形柱设计的结构形式、计算方式、抗震问题等方面进行阐述，并对在异形柱与短肢剪力墙结构设计中出现的各种问题进行探讨，对提高？异形柱与短肢剪力墙的结构设计水平有一定的借鉴作用。

【关键词】异形柱；短肢剪力墙；结构设计？

一、关于异形柱结构与短肢剪力墙结构？

1、异形柱结构？。异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4，相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。异形柱的双向偏压正截面承载力随荷载（作用）方向不同而有较大差异。在L形、T形和十字形三种异形柱中，以L形柱的差异最为显著。当异形柱结构中混合使用等肢异形柱与不等肢异形柱时，则差异情况更为错综复杂，成为异形柱结构地震作用计算中不容忽视的问题。所以对异形柱结构应采用三维空间分析的方法。由于异形柱框架结构和短肢剪力墙结构的设计方式与施工技术还处于初期发展阶段，没有一个较为完整的标准体系，但就目前的发展形势来看，市场对于这种灵活的结构设计方式的需求还是很大的，为此，在实际的建筑结构设计中，设计人员需要充分结合建筑项目的应用特点、功能作用、空间需求以及经济投入等各方面因素综合考虑，根据短肢剪力墙与异形柱框架结构的受力特点和破坏机理，选择最佳的结构设计方式，以实现最优的建筑效果。 ？

2、短肢剪力墙结构？。短肢剪力墙结构是指截面厚度不大于300mm、各肢截面高度与厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墙，目前在日常建筑中短肢剪力墙的形式有很多，常用的形式主要有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型等。对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆系-簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广，但对墙肢较长的短肢剪力墙，应该用空间杆-墙组元程序进行校核。？

二、异形柱结构型式的设计？

异形柱结构型式有异形柱框架结构、异形柱框架—剪力墙结构和异形柱框架—核心筒结构。 异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称，在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载力带来的影响不容忽视。因此，对异形柱结构应按空间体系考虑，宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析。因异形柱和剪力墙受力不同，所以计算时不应将异形柱按剪力墙建模计算。？

按《高层建筑结构设计与施工规范》进行截面与构造设计，相对于异形柱结构，短肢剪力墙结构的理论与实践较为成熟，但这种结构在结构设计中仍然有需要引起重视的方面。？

（1）由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防；？

（2）短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，应加强其抗震构造措施，如减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率；？

（3）高层短肢剪力墙结构在水平力作用下，显现整体弯曲变形为主，底部外围小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力，由一些模型试验反映出外周边墙肢开裂，因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量，加强小墙肢的延性抗震性能。短肢墙应在两个方向上均有连接，避免形成孤立的“一”字形墙肢；？

（4）各墙肢分布要尽量均匀，使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近，必要时用长肢墙来调整刚度中心；？

（5）高层结构中的连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，应按普通框架梁要求，控制砼压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70%-80%来解决，按强剪弱弯，强柱弱梁的延性要求进行计算。？

三、短肢剪力墙结构及其计算？

异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4，相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。在进行异形柱结构设计时，除满足高规中对结构布置要求外，还应注意几个方面的问题：？

1、异形框架的设计？

由于异形柱的截面具有一定的特殊性，在进行建筑设计时得到了人们广泛的应用，这也主要和异形柱的受力性能的截面的延性有关。异形柱截面的延性主要与轴压比、箍筋的直径与间距、高长比等因素有关。当随着轴压比增大，截面的曲率延性下降，截面由于延性较好的受拉破坏法制为界限破坏受压破坏，由此可见，异形柱的延性比普通矩形柱的要差，因此，在对异形柱进行框架设计时，异形柱采用了多肢存在的方式使其剪力中心与截面不重合，在进行受力作用时，在进行弹力分析计算器得出翘曲应力很小因此异形柱的变形能力要比普通矩形柱的要差，这样就很好的保证了建筑物的稳定性，也是的建筑物有着较强的抗压能力。？

2、轴压比控制？

对框架结构，框-剪结构，柱的延性对于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用，且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标。？

在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合，剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝，产生腹剪破坏，加上异形柱多属短柱，这些导致异形柱脆性明显，使异形柱的延性普遍低于矩形柱，因而对异形柱的轴压比要严格控制。？

3、配筋构造？

在正确的结构选型及计算后，截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点，柱肢端部会出现较大应力，加上梁作用于柱肢上应力的不均匀，一般越靠肢端应力越大，对柱肢形成偏心压力，进一步加大肢端压应力。因而在异形柱配筋时，应在肢端设暗柱，暗柱的外排钢筋由计算而定。？

四、短肢剪力墙结构的抗震薄弱环节及概念设计？

在建筑物当遇到振动或扭转效应时，处于建筑平面边缘及角点处的墙肢会出现裂开的进行，在地震的作用下，高层建筑的短肢剪力墙结构就会出现变形、扭曲等现象，而地步外围的小墙肢和梁柱的受力负荷将会加大，对其建筑的会造成严重的破坏，尤其是这种“一字型”的小墙肢所破坏的情况会更加严重。？

五、结束语？

随着异形柱与短肢剪力墙结构在现代建筑工程中的应用，使得建筑工程的性能和质量都得到了大幅度提升，从而进一步促进了建筑行业的发展。而在进行异形柱与断肢建立墙结构施工之前，必须要对其进行科学合理的设计，只有科学合理的异形柱与断肢剪力墙结构设计才能够确保其施工能够按部就班的进行，从而才能够提高其施工的质量和效率。

参考文献？

[1]黄文亮.短肢剪力墙结构設计综述[J].中国住宅设施，2013（04）？

[2]闫德楼，赵丽霞.短肢剪力墙结构在设计中的应用[J].职业技术，2014（12）