异形柱框轻和短肢剪力墙住宅结构体系的思考

陈勇

（贵州正业工程技术投资有限公司 贵州遵义 563000）

引言

在建设高层住宅楼时，需要用到钢筋混凝土结构。实际应用的结构多种多样，其中比较常见的是通过竖向交通区设置剪力墙。这样就能组成一个比较完整的筒体。与框架相比，剪力墙有一定的优势，所以在实践的过程中，逐渐将剪力墙和框架的优点结合起来，就形成了如今的短肢剪力墙。异性柱框轻结构体系和高层短肢剪力墙结构体系是小康住宅建筑结构体系中最为常用的两种。

1 异形柱框轻住宅结构体系

1.1 异形柱框轻住宅结构体系的不足之处

经过大量的实验探究，总结异形柱框轻结构的适用范围，共有三种适用情况，一是某地区的抗震设防烈度为Ⅶ度或者是Ⅶ度以下，二是房屋的高度不超过27m，三是房屋的柱网尺寸小于或等于7.2m。在实际运用异形柱框轻住宅结构体系时，发现其中存在一定不足之处。扁柱在该结构体系中应用最多，具体的操作会保证扁柱的一个方向与房屋的梁连接起来。由此可见，扁柱与房屋梁的连接点较少，也意味着这个连接点需要承载较大的压力。这会对整个结构体系造成一定不良的影响，因为缺少了直交梁的约束，结构抗剪切力的面积会比较小，容易发生不良的形变现象。在架设钢筋的环节中，由于节点面积过小，操作会非常不容易，而进一步的混凝土浇筑施工会更加不容易，这会导致房屋稳定性较差。对节点进行抗震模拟实验，会发现节点在实验的过程中无法抵抗地震能量，继而遭到了严重的破坏。所以要想让房屋有较强的稳定性，在未来的建筑工程中不能再继续使用这样的节点方式，应该避免房屋存在安全隐患，要让人们的人身财产安全获得保障[1]。

1.2 异形柱框轻住宅结构体系的优势和应用注意事项

异形柱框轻结构体系与传统的结构体系相比，有着十分明显的优势。体现在便于使用上，而且可以适当地增加使用面积。这一结构体系的支厚基本上与填充墙相等，在室内环境中也不会出现柱楞。另外还有一个优势体现在材料上，墙体制作使用的材料质量很轻，同时具备保温隔热的性能，这与墙体材料的改革方向十分契合。最后一个优势体现在经济效益上，虽然在施工的过程中难度增大，但是能够有效扩大使用的面积，而且材料本身质量很轻，因此基础的施工费用会大大减少。考虑到异形柱框轻结构体系的适用范围，抗震设防烈度要求在Ⅶ度以上的区域内不能使用这一结构体系。其次，假如需要使用超过7m的柱网，就要用斜撑的方式辅助提高房屋的稳定性。最后在布置异形柱框轻结构体系的环节中，需要坚持一定的原则。最基本的就是对称原则，也就是说要布置对称型的房屋平面。再提高一个层次就是要保证房屋主轴的协调性，这样才能有效避免结构扭转对房屋的稳定性造成不利的影响。最后一个原则是在设置异性柱框架的过程中，应该设置双向的异形柱框架。而且要保证纵横连接、支柱对齐。这是因为支柱对齐会让房屋有能力抵抗更大的外力作用。

1.3 运用三维分析方法，整体分析异形柱框轻住宅结构体系

在对异形柱框轻住宅结构体系进行整体分析时，三维分析方法比较适用，这是因为该结构体系有着数量较多的构件截面形式。以肢高肢宽比不大于4.0的异形柱为例，这种异形柱的特点是长细比较大，而且在变形之后仍然与平截面的假定基本符合，它的力学特性也基本与柱相同。目前已经面世的软件有TBSA、TAT、SATWE，这三种软件可以对柱模型进行三维计算分析。在使用TBSA这一软件分析柱模型时，不能直接输入异性柱的截面形式。而是要遵循一定的原则，就是柱子双向刚度相等的原则，并运用该原则简化异形截面，使其变成矩形截面。此时不能忽略一个问题，就是在转化以后会存在面积误差，与此同时柱截面形心主轴的角度也会发生一定的变化。此时计算构件内力会受到一定程度的影响，导致计算结果存在误差。形成的影响不止于此，柱的定位、梁的长度都会不够准确。而运用TAT、SATWE这两种软件进行计算时，可以直接将异性柱的截面输入，此时就不再需要考虑上述问题。此时需要将主形心的主轴坐标作为参考点，来计算异形柱的刚度，进而求得异形柱的主形心惯性矩，与此同时要叠加与之相连的梁的刚度。

2 短肢剪力墙住宅结构体系

2.1 短肢剪力墙住宅结构体系的特点

短肢剪力墙住宅结构比较适用于楼层较多的情况，异形柱框轻住宅结构体系在截柱面、抗侧刚度、轴压比等方面无法满足房屋楼层多的要求，此时就要适当加大异性柱的肢长，保证肢高肢宽比大于4.0。这样住宅的结构体系就变成了短肢剪力墙。在目前的发展阶段中，对短肢剪力墙还没有比较严格的定义。剪力墙的长度一般不超过2m，布置的位置集中在间隔墙的交点处。当前剪力墙的形状有L形、T形，另外还有十形和一形，后两种比较少见。短肢剪力墙的结构体系的特点与异形柱框轻结构体系比较相像，两种结构体系布置的原则也大致相同。在塔式的高层建筑中，短肢剪力墙比较常用[2]。塔式高层建筑的平面特点比较特殊，它的竖向交通区由楼梯、电梯和竖向管道构成。在这个竖向交通区内需要设置数量较多的短肢剪力墙，这样才能构成一个比较完整的筒体。这个筒体几乎承载着整幢建筑的竖向载荷，还要承载一定的抗侧力。在布置外围竖向构件时，要以外围部分的受力需要为依据，还要考虑到外围的建筑平面布置情况，之后要设置一定数量的钢筋混凝土短肢剪力墙，此外还要布置连系梁，布置的位置是各短肢剪力墙的墙隙间。连系梁的作用是将短肢剪力墙和核心筒连接成一个整体。这样就构成了整幢住宅的结构体系。

2.2 运用三维分析方法，整体分析短肢剪力墙住宅结构体系

分析短肢剪力墙的构建力学特征，可以发现短肢剪力墙的肢长肢厚比为4.0，这一数值与剪力墙的数值比较接近。所以在计算时要把短肢剪力墙看做是剪力墙，而不能看做是柱。整体分析剪力墙的结构可以使用的软件仍然是上文提到的TBSA、TAT、SATWE。在分析短肢剪力墙的结构时TBSA、TAT会模拟剪力墙的结构，也可以使用薄壁杆件单元，二者遵循基本相同的计算原理。SATWE采用的是墙元模拟剪力墙，在壳元上，每个节点有六个自由度，墙元模拟剪力墙就是在此基础上凝聚而成。墙所在的平面内的刚度和墙所在的平面外的刚度在该分析软件上都有显示。以某30层的短肢剪力墙结构为例，对其进行适当简化。制作了1：20的比例模型，开展了模拟地震振动台的试验。计算的对象就是试验模型所对应的原型。研究不同的力学模型对计算结果产生的不同影响。分别采用墙元和薄壁杆件单元的方式，后者得到的刚度计算值比较大，而且结构自振周期也比前者短。但是墙元分析方法对大开间结构中楼板抗侧刚度的贡献考虑得更加充分。

3 总结

综上所述，本文思考异形柱框轻和短肢剪力墙住宅结构体系的相关内容，发现短肢剪力墙是剪力墙结构的分支，在结构布置方面比较灵活，可调整性较强。如今建筑行业已经能够为人们提供高度舒适性的住宅，这其中离不开混凝土异形柱、短肢剪力墙的支持，二者使得高层住宅体系更加完善，不仅满足舒适性，还实现良好的节能效果，也让建筑住宅有良好的耐久性和安全性特点。