異形柱框輕和短肢剪力墻住宅結(jié)構體系的思考

陳勇

（貴州正業(yè)工程技術投資有限公司 貴州遵義 563000）

引言

在建設高層住宅樓時，需要用到鋼筋混凝土結(jié)構。實際應用的結(jié)構多種多樣，其中比較常見的是通過豎向交通區(qū)設置剪力墻。這樣就能組成一個比較完整的筒體。與框架相比，剪力墻有一定的優(yōu)勢，所以在實踐的過程中，逐漸將剪力墻和框架的優(yōu)點結(jié)合起來，就形成了如今的短肢剪力墻。異性柱框輕結(jié)構體系和高層短肢剪力墻結(jié)構體系是小康住宅建筑結(jié)構體系中最為常用的兩種。

1 異形柱框輕住宅結(jié)構體系

1.1 異形柱框輕住宅結(jié)構體系的不足之處

經(jīng)過大量的實驗探究，總結(jié)異形柱框輕結(jié)構的適用范圍，共有三種適用情況，一是某地區(qū)的抗震設防烈度為Ⅶ度或者是Ⅶ度以下，二是房屋的高度不超過27m，三是房屋的柱網(wǎng)尺寸小于或等于7.2m。在實際運用異形柱框輕住宅結(jié)構體系時，發(fā)現(xiàn)其中存在一定不足之處。扁柱在該結(jié)構體系中應用最多，具體的操作會保證扁柱的一個方向與房屋的梁連接起來。由此可見，扁柱與房屋梁的連接點較少，也意味著這個連接點需要承載較大的壓力。這會對整個結(jié)構體系造成一定不良的影響，因為缺少了直交梁的約束，結(jié)構抗剪切力的面積會比較小，容易發(fā)生不良的形變現(xiàn)象。在架設鋼筋的環(huán)節(jié)中，由于節(jié)點面積過小，操作會非常不容易，而進一步的混凝土澆筑施工會更加不容易，這會導致房屋穩(wěn)定性較差。對節(jié)點進行抗震模擬實驗，會發(fā)現(xiàn)節(jié)點在實驗的過程中無法抵抗地震能量，繼而遭到了嚴重的破壞。所以要想讓房屋有較強的穩(wěn)定性，在未來的建筑工程中不能再繼續(xù)使用這樣的節(jié)點方式，應該避免房屋存在安全隱患，要讓人們的人身財產(chǎn)安全獲得保障[1]。

1.2 異形柱框輕住宅結(jié)構體系的優(yōu)勢和應用注意事項

異形柱框輕結(jié)構體系與傳統(tǒng)的結(jié)構體系相比，有著十分明顯的優(yōu)勢。體現(xiàn)在便于使用上，而且可以適當?shù)卦黾邮褂妹娣e。這一結(jié)構體系的支厚基本上與填充墻相等，在室內(nèi)環(huán)境中也不會出現(xiàn)柱楞。另外還有一個優(yōu)勢體現(xiàn)在材料上，墻體制作使用的材料質(zhì)量很輕，同時具備保溫隔熱的性能，這與墻體材料的改革方向十分契合。最后一個優(yōu)勢體現(xiàn)在經(jīng)濟效益上，雖然在施工的過程中難度增大，但是能夠有效擴大使用的面積，而且材料本身質(zhì)量很輕，因此基礎的施工費用會大大減少?？紤]到異形柱框輕結(jié)構體系的適用范圍，抗震設防烈度要求在Ⅶ度以上的區(qū)域內(nèi)不能使用這一結(jié)構體系。其次，假如需要使用超過7m的柱網(wǎng)，就要用斜撐的方式輔助提高房屋的穩(wěn)定性。最后在布置異形柱框輕結(jié)構體系的環(huán)節(jié)中，需要堅持一定的原則。最基本的就是對稱原則，也就是說要布置對稱型的房屋平面。再提高一個層次就是要保證房屋主軸的協(xié)調(diào)性，這樣才能有效避免結(jié)構扭轉(zhuǎn)對房屋的穩(wěn)定性造成不利的影響。最后一個原則是在設置異性柱框架的過程中，應該設置雙向的異形柱框架。而且要保證縱橫連接、支柱對齊。這是因為支柱對齊會讓房屋有能力抵抗更大的外力作用。

1.3 運用三維分析方法，整體分析異形柱框輕住宅結(jié)構體系

在對異形柱框輕住宅結(jié)構體系進行整體分析時，三維分析方法比較適用，這是因為該結(jié)構體系有著數(shù)量較多的構件截面形式。以肢高肢寬比不大于4.0的異形柱為例，這種異形柱的特點是長細比較大，而且在變形之后仍然與平截面的假定基本符合，它的力學特性也基本與柱相同。目前已經(jīng)面世的軟件有TBSA、TAT、SATWE，這三種軟件可以對柱模型進行三維計算分析。在使用TBSA這一軟件分析柱模型時，不能直接輸入異性柱的截面形式。而是要遵循一定的原則，就是柱子雙向剛度相等的原則，并運用該原則簡化異形截面，使其變成矩形截面。此時不能忽略一個問題，就是在轉(zhuǎn)化以后會存在面積誤差，與此同時柱截面形心主軸的角度也會發(fā)生一定的變化。此時計算構件內(nèi)力會受到一定程度的影響，導致計算結(jié)果存在誤差。形成的影響不止于此，柱的定位、梁的長度都會不夠準確。而運用TAT、SATWE這兩種軟件進行計算時，可以直接將異性柱的截面輸入，此時就不再需要考慮上述問題。此時需要將主形心的主軸坐標作為參考點，來計算異形柱的剛度，進而求得異形柱的主形心慣性矩，與此同時要疊加與之相連的梁的剛度。

2 短肢剪力墻住宅結(jié)構體系

2.1 短肢剪力墻住宅結(jié)構體系的特點

短肢剪力墻住宅結(jié)構比較適用于樓層較多的情況，異形柱框輕住宅結(jié)構體系在截柱面、抗側(cè)剛度、軸壓比等方面無法滿足房屋樓層多的要求，此時就要適當加大異性柱的肢長，保證肢高肢寬比大于4.0。這樣住宅的結(jié)構體系就變成了短肢剪力墻。在目前的發(fā)展階段中，對短肢剪力墻還沒有比較嚴格的定義。剪力墻的長度一般不超過2m，布置的位置集中在間隔墻的交點處。當前剪力墻的形狀有L形、T形，另外還有十形和一形，后兩種比較少見。短肢剪力墻的結(jié)構體系的特點與異形柱框輕結(jié)構體系比較相像，兩種結(jié)構體系布置的原則也大致相同。在塔式的高層建筑中，短肢剪力墻比較常用[2]。塔式高層建筑的平面特點比較特殊，它的豎向交通區(qū)由樓梯、電梯和豎向管道構成。在這個豎向交通區(qū)內(nèi)需要設置數(shù)量較多的短肢剪力墻，這樣才能構成一個比較完整的筒體。這個筒體幾乎承載著整幢建筑的豎向載荷，還要承載一定的抗側(cè)力。在布置外圍豎向構件時，要以外圍部分的受力需要為依據(jù)，還要考慮到外圍的建筑平面布置情況，之后要設置一定數(shù)量的鋼筋混凝土短肢剪力墻，此外還要布置連系梁，布置的位置是各短肢剪力墻的墻隙間。連系梁的作用是將短肢剪力墻和核心筒連接成一個整體。這樣就構成了整幢住宅的結(jié)構體系。

2.2 運用三維分析方法，整體分析短肢剪力墻住宅結(jié)構體系

分析短肢剪力墻的構建力學特征，可以發(fā)現(xiàn)短肢剪力墻的肢長肢厚比為4.0，這一數(shù)值與剪力墻的數(shù)值比較接近。所以在計算時要把短肢剪力墻看做是剪力墻，而不能看做是柱。整體分析剪力墻的結(jié)構可以使用的軟件仍然是上文提到的TBSA、TAT、SATWE。在分析短肢剪力墻的結(jié)構時TBSA、TAT會模擬剪力墻的結(jié)構，也可以使用薄壁桿件單元，二者遵循基本相同的計算原理。SATWE采用的是墻元模擬剪力墻，在殼元上，每個節(jié)點有六個自由度，墻元模擬剪力墻就是在此基礎上凝聚而成。墻所在的平面內(nèi)的剛度和墻所在的平面外的剛度在該分析軟件上都有顯示。以某30層的短肢剪力墻結(jié)構為例，對其進行適當簡化。制作了1：20的比例模型，開展了模擬地震振動臺的試驗。計算的對象就是試驗模型所對應的原型。研究不同的力學模型對計算結(jié)果產(chǎn)生的不同影響。分別采用墻元和薄壁桿件單元的方式，后者得到的剛度計算值比較大，而且結(jié)構自振周期也比前者短。但是墻元分析方法對大開間結(jié)構中樓板抗側(cè)剛度的貢獻考慮得更加充分。

3 總結(jié)

綜上所述，本文思考異形柱框輕和短肢剪力墻住宅結(jié)構體系的相關內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)短肢剪力墻是剪力墻結(jié)構的分支，在結(jié)構布置方面比較靈活，可調(diào)整性較強。如今建筑行業(yè)已經(jīng)能夠為人們提供高度舒適性的住宅，這其中離不開混凝土異形柱、短肢剪力墻的支持，二者使得高層住宅體系更加完善，不僅滿足舒適性，還實現(xiàn)良好的節(jié)能效果，也讓建筑住宅有良好的耐久性和安全性特點。