異形柱與短肢剪力墻設(shè)計

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1、現(xiàn)代住宅建筑要求大開間，平面及房間布置靈活、方便，室內(nèi)不出現(xiàn)柱楞、不露梁等。異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地滿足現(xiàn)代住宅建筑的要求，因而逐漸得到了推廣應(yīng)用。目前，現(xiàn)行國家規(guī)范或規(guī)程中尚未給出有關(guān)異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的條款，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員在設(shè)計中常會遇到一些規(guī)范或規(guī)程尚未論及的問題，需要設(shè)計人員積累經(jīng)驗，利用正確的概念進行設(shè)計。本文旨在對異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些問題進行探討，提出個人看法，供結(jié)構(gòu)設(shè)計人員參考。?1??異形柱結(jié)構(gòu)型式及其計算異形柱結(jié)構(gòu)型式有異形柱框架結(jié)構(gòu)、異形柱框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和

2、異形柱框架—核心筒結(jié)構(gòu)。異形柱結(jié)構(gòu)自身的特點決定了其受力性能、抗震性能與矩形柱結(jié)構(gòu)不同。由于異形柱截面不對稱，在水平力作用下產(chǎn)生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。因此，對異形柱結(jié)構(gòu)應(yīng)按空間體系考慮，宜優(yōu)先采用具有異形柱單元的計算程序進行內(nèi)力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同，所以計算時不應(yīng)將異形柱按剪力墻建模計算。當采用不具有異形柱單元的空間分析程序（如TBSA?5.0）計算異形柱結(jié)構(gòu)時，可按薄壁桿件模型進行內(nèi)力分析。對異形柱框架結(jié)構(gòu)，一般宜按剛度等效折算成普通框架進行內(nèi)力與位移分析。當剛度相等時，

3、矩形柱比異形柱的截面面積大。一般，比值（A矩／A異）約在1.10-1.30之間［1］。因此，用矩形柱替換后計算出的軸壓比數(shù)值不能直接應(yīng)用于異形柱，建議用比值（A矩／A異）對軸壓比計算值加以放大后再用于異形柱。對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結(jié)構(gòu)，由于異形柱分擔的水平剪力很小，由此產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力基本可以忽略，為簡化計算，可按面積等效或剛度等效折算成普通框架—剪力墻（或核心筒）結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況，且面積等效計算更為簡便。但應(yīng)注意，按面積等效計算時，須同時滿足下面兩式：(1)

4、A矩=A異；(2)b/h=(Ix異／Iy異)1/2式中，A矩、A異——分別為矩形柱和異形柱的截面面積；b、h——分別為矩形截面的寬和高；Ix異?、Iy異——分別為異形柱截面x、y向的主形心慣性矩。一般，按面積等效計算時，矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結(jié)構(gòu)，計算分析表明［2］，按面積等效與按剛度等效的計算結(jié)果是接近的。異形柱的截面設(shè)計，可根據(jù)上述方法得出的內(nèi)力，采用適合異形柱截面受力特性的截面計算方法進行配筋計算。2??短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及其計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊

5、的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計算模型、配筋方式和構(gòu)造要求均同于普通剪力墻結(jié)構(gòu)。在TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT、TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TAT、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有６個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有７個自由度（多一個截面翹曲角，即扭轉(zhuǎn)角沿縱軸的導(dǎo)數(shù)），考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內(nèi)剛度無限大假定減少部分未知量之后求解，它適用于各種平面布置，未知量少，精度較高。但是，薄壁桿件

6、模型在分析剪力墻較為低寬、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜（如有轉(zhuǎn)換層）時，也存在一些不足，主要是薄壁桿件理論沒有考慮剪切變形的影響，當結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時變形不協(xié)調(diào)。而短肢剪力墻結(jié)構(gòu)由于肢長較短（一般為墻厚的５-８倍），本身較高細，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)能較好地反映結(jié)構(gòu)的受力，精度較高。對設(shè)有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，一般都只是將電梯間、樓梯間、核心筒和一少部分剪力墻落地，其于剪力墻框支?？蛑Ъ袅κ鞘芰γ嫦蚴芰c過渡，由于薄壁桿件的連接處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續(xù)和力的

7、正確傳遞。因此，帶有轉(zhuǎn)換層的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)宜優(yōu)先采用墻元模型軟件（如SATWE）進行計算。當然，從整體上的內(nèi)力（特別是下部支承柱的內(nèi)力）分布情況來看，如果將剪力墻加以適當?shù)奶幚?，還是可以用TAT、TBSA對結(jié)構(gòu)進行整體計算的［3］。3??異形柱的受力性能及其軸壓比控制天津大學(xué)的試驗研究結(jié)果表明［4］：異形柱的延性比普通矩形柱的差。軸壓比、高長比（即柱凈高與截面肢長之比）是影響異形柱破壞形態(tài)及延性的兩個重要因素。異形柱由于多肢的存在，其剪力中心與截面形心往往不重合，在受力狀態(tài)下，各肢產(chǎn)生翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力。由

8、于剪應(yīng)力，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出現(xiàn)裂縫，即產(chǎn)生腹剪裂縫，導(dǎo)致異形柱脆性明顯，使異形柱的變形能力比普通矩形柱降低。作為異形柱延性的保證措施，必須嚴格控制軸壓比，同時避免高長比小于４（短柱）?？刂浦孛孑S壓比的目的，在于要求柱應(yīng)具有足夠大的截面尺寸，以防止出現(xiàn)小偏壓破壞，提高柱的變形能力，滿足抗震要求。廣東《規(guī)程》按建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GBJ11—89）中所規(guī)定的柱子軸壓比降低0.05取用（按截面的