異形柱與短肢剪力墻結構設計研究

■黃新華 ■身份證號碼:362430198801106914，江西 南昌 330000

1 異形柱與短肢剪力墻結構概述

在現代建筑結構的設計中，因為人們對建筑室內的要求不斷提高，這就使得過去普通剪力墻結構和框架結構在應用時存在著質量隱患以及缺陷問題，這為室內空間系統(tǒng)全面的布置的進一步發(fā)展提供了重要的依據與動力。

1.1 異形柱

隨著經濟社會的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對建筑產品的要求的也不斷提高，其已經不再單單局限在滿足生存方面的需求，而且對住宅空間與平面功能的要求也不斷提高。所謂的異形柱指的是截面形狀是十字型、Z 型、T 型、L 型以及工字型的混凝土柱。在現代建筑工程施工中，異形柱的應用較為普遍，同時也是人們在施工過程中比較常見的一種建筑結構形式，其又可以稱之為異型截面柱。在現代建筑工程之中，應用異形柱是在使得結構剛度與承載力基礎得以滿足的條件下，依照建筑結構的應用功能來開展系統(tǒng)布置的一種系統(tǒng)性結構系統(tǒng)。

1.2 短肢剪力墻

隨著經濟社會的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對生活質量的要求也不斷提高，因此住宅質量也應該不斷的提高，這使得異形柱結構發(fā)生了一定的變化，因為異形柱結構普遍具有露梁、露柱的問題，因此引起了人們的重視。在當前建筑項目之中，一般剪力墻結構受到了人們的研究與重視，逐漸發(fā)展成了短肢剪力墻類型的新型結構方式與施工模式。短肢剪力墻結構在建筑設計工作者的不斷改進與優(yōu)化條件下，不斷形成了一種以短肢剪力墻為代表的綜合性工作模式。在短肢剪力墻操作之中，怎樣應用有效的方法去確保結構的安全性是非常重要的，其也是當前建筑工程施工的關鍵環(huán)節(jié)。

2 異形柱與短肢剪力墻結構設計的相關內容

異形柱與短肢剪力墻結構設計的內容主要包括以下四個方面:

2.1 異形柱結構設計及其計算

(1)異形柱的結構形式。據相關調查研究發(fā)現，建筑工程之中的異形柱結構形式主要包括三種，分別是:異形柱框架核心結構、異形柱框架剪力墻結構以及異形柱框架結構，而且不同結構形式其所對應的施工與設計要求也是有所區(qū)別的，彼此間性能上也具有較大的區(qū)別，所以在實際工程應用過程之中，為了使得異形柱結構施工效率與質量不斷提高，還應該與工程實際相結合，科學合理的分析異形柱結構，并且予以精密的計算，從而篩選出適當的異形柱結構形式。

(2)異形柱的力學特性。因為異形柱結構具有一定的特性，這就決定了其和矩形柱結構具有不同的抗震性能以及受力性能。比如說:截面類型不同的異形柱相應的形心位置也有所不同，一般而言，L 型界面的形心位置位于截面外，T 型截面形心位置位于對稱軸之上，而十字型界面形心位置位于對稱軸交點之上。

(3)異形柱有關計算。在相同剛度的條件之下，較之于異形柱橫截面面積，傳統(tǒng)矩形柱的截面面積要大，所以在實際應用時不可以直接把矩形柱計算的結果在異形柱中進行套用，為了使得異形柱施工質量與設計需求相符，一定要適當的放大所計算的數值之后才可以應用。異形柱的位移與內力計算法應該盡可能反應出結構構件的實際受力狀況，在進行實際計算的時候應該應用彈性的方法。開展結構設計的時候應該優(yōu)先應用在空間工作基礎上的三維結構計算法，與此同時可以直接的應用這種方法將梁柱的內力給計算出來。除此之外，在部分建筑工程之中，異形柱結構體系所需承擔的剪力較小，在一切情況下為了簡化計算往往直接把異形柱結構所產生的應力給忽略掉。

2.2 短肢剪力墻結構及其計算

所謂的短肢剪力墻結構就是指為了和現代建筑要求相適應而形成的一種獨特的剪力墻結構。短肢剪力墻結構的構造要求、配筋方式以及計算模型和普通的剪力墻結構相同。在TBSA 以及TAT 之中，僅僅需要根據剪力墻進行輸入變形，并且TBSA 與TAT 更加適宜用于短肢剪力墻結構的計算之中。TBSA 與TAT 所應用的計算模型都為薄壁桿件以及桿件模型，其柱與梁都是普通空間桿件，而且每一個端部都具有6 個自由度，而且墻通常被看作薄壁桿件，每一端部都有7 個自由度，因為墻單元非平面變形，根據矩陣位移的方法由單元剛度矩陣來構件總剛度矩陣，將在樓板平面之中對所引入的剛度進行假定，從而減少部分的未知量，為之后求解提供便利，其與各平面的布置更加使用，不但所設的未知量較少，而且具有較高的精度。但薄壁桿件模型于剪力墻的結構布置較為復雜、抵寬的時候，也具有一定的不足，這主要是因為薄壁桿件這一理論并沒有對剪切變形影響予以考慮，在結構布置較為復雜的時候變形不夠協(xié)調。但是短肢剪力墻因為肢短而自身較為細高，這就使得其和桿件性能更加接近，因此，應用TBSA 與TAT 來對短肢剪力墻進行計算可以較好的對結構的受力情況進行反應，而且具有較高的精度。

對于具備轉換層的短肢剪力墻結構而言，通常僅僅是把部分剪力墻、核心筒、樓梯間以及電梯間落地?？蛑Ъ袅Φ氖芰γ嫱ǔＪ浅芰c進行過渡的，因為薄壁桿件是點連接的，因此應用薄壁桿件模型無法對力的正確傳遞以及位移的連續(xù)進行較好的處理。所以，具備轉換層的短肢剪力墻結構應該優(yōu)先應用墻元模型軟件開展計算。除此之外，就整體內力分布狀況而言，若對剪力墻予以適當的處理，也能夠用TBSA 以及TAT 對結構開展整體計算。

2.3 異形柱的受力性能及其軸壓比控制

(1)異形柱的受力性能:①通常而言，異形柱沒有對稱軸或者是具有一根到兩根對稱軸;②異形柱的側向力通常是根據剛度進行分配的，L 型柱與T 型柱在不同方向所分布剛度是有所區(qū)別的，這就致使了不同方向之上的柱所分得的地震作用也是有所區(qū)別的;③異形柱破壞形態(tài)通常有三種:剪壓破壞、小偏心破壞以及彎曲破壞等;④因為存在多肢的情況，異形柱的剪切中心與形心通常是不重合的，這就致使受力的時候在柱肢之中形成了剪應力與翹曲應力，并且出現了腹剪裂縫，致使異形柱具有明顯的脆性，較之于矩形柱延性較差，使得異形柱較之于一般矩形柱其變形能力下降;⑤在同樣條件之下界面類型不同的異形柱也具有不同的性能，比如說:在材料強度、配筋率以及截面面積一樣的條件之下，T 型界面雙向壓彎構件正截面承載力要超過矩形的與L 形的正截面承載力;⑥在壓力的作用之下短柱通常會產生脆性的剪切破壞情況，因此在設計的過程之中應該盡可能避免短柱情況的出現。

(2)異形柱的最大軸壓比限制。對于異形柱結構的延性而言，軸壓比具有非常重要的作用，異形柱的軸壓比限值和縱筋直徑、箍筋兼具以及抗震等級相關，較之于矩形柱，異形柱的延性較弱，但是其軸壓比限制較之于矩形柱要更為嚴格。

2.4 短肢剪力墻結構中轉換層的設置高度與框支柱

隨著城市化進程的加快，建筑行業(yè)也取得了較快的發(fā)展，為了使得城市空間得以更好、更充分的利用，使得城市的空間壓力得以有效緩解，在現代高層建筑之中往往會修建一些地下室來當做商業(yè)用房或地下停車場。但是一般來說商業(yè)用房與地下停車場都需要較大的空間，因此就需要用到轉換層，來使得商業(yè)用房與停車場對空間的要求得以滿足。在現代高層建筑之中用短肢剪力墻結構設計，往往僅僅把部分剪力墻落地，而將別的剪力墻進行框支處理。有關調查資料表明，對轉換層下部的框支進行科學有效的控制，可以使得轉換層附近內力突變與層間位移角得以有效的減少。

3 結束語

在現代建筑中異形柱和短肢剪力墻結構設計的應用，不但能夠使得建筑工程的性能與質量得以顯著的提高，而且可以使得人們對建筑空間與平面的要求得以有效滿足，從而有效推動建筑業(yè)的進一步發(fā)展。在建筑工程實際施工中，設計工作者一定更要嚴格根據相關要求并根據建筑實際開展科學設計，切實保證異形柱和短肢剪力墻的性能與質量，從而使得建筑工程能夠滿足人們應用的需求。

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