異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題

異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題肖常安1，諶維義2(1.貴州工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院550003；2.貴陽市建一公司一處550002)摘要：對異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題，如計(jì)算方法、異形柱受力性能及其軸壓比控制、短肢剪力墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的設(shè)置高度及框支柱等進(jìn)行探討，提出建議，供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。關(guān)鍵詞：異形柱；短肢剪力墻；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中圖分類號：TU398.1；TU973.23文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A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(jì)的條款，因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)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(jì)人員積累經(jīng)驗(yàn)，利用正確的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文旨在對異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些問題進(jìn)行探討，提出個(gè)人看法，供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。1異形柱結(jié)構(gòu)型式及其計(jì)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)和異形柱框架—核心筒結(jié)構(gòu)。異形柱結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)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(jì)算程序進(jìn)行內(nèi)力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同，所以計(jì)算時(shí)不應(yīng)將異形柱按剪力墻建模計(jì)算。當(dāng)采用不具有異形柱單元的空間分析程序（如TBSA5.0）計(jì)算異形柱結(jié)構(gòu)時(shí)，可按薄壁桿件模型進(jìn)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(jìn)行內(nèi)力與位移分析。當(dāng)剛度相等時(shí)，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(jì)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(jì)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(dān)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(jì)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(jìn)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(jì)算更為簡便。但應(yīng)注意，按面積等效計(jì)算時(shí)，須同時(shí)滿足下面兩式：-----------------(1)A矩=A異；(2)|b/h=(Ix異／Iy異)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；得I兄x舒異棋化、什I利y頭異筆—除—牙分別為異形柱蒼截妄面岸x涂、縱y絲向的主形心慣材性矩弱。攤背一般，按面積繁等效計(jì)算時(shí)，怠矩形柱的慣性春矩比異形柱的屠小。但對有剪狼力墻（或核心雁筒）的異形柱隱結(jié)構(gòu)，計(jì)算分把析表明［占2喝］，按面積等腦效與按剛度等蓄效的計(jì)算結(jié)果制是接近的裹。崇樸異形柱的截面松設(shè)計(jì)，可根據(jù)督上述方法得出謝的內(nèi)力，采用應(yīng)適合異形柱截景面受力特性的傷截面計(jì)算方法它進(jìn)行配筋計(jì)算倚。恒醬2柴植短肢剪力墻結(jié)撥構(gòu)及其計(jì)以算堂責(zé)短肢剪力墻結(jié)腎構(gòu)是適應(yīng)建筑塊要求而形成的行特殊的剪力墻睛結(jié)構(gòu)。其計(jì)算替模型、配筋方駱式和構(gòu)造要求續(xù)均同于普通剪襲力墻結(jié)構(gòu)。在師TA聲T騾、娃TBS懶A不中，只需按剪培力墻輸入即可挽，而佛且枕TA刑T貝、枕TBS波A弄更適合用來計(jì)濱算短肢剪力墻缸結(jié)構(gòu)嚷。窄TA吵T揮、步TBS繞A治所用的計(jì)算模蹈型都是桿件、瑞薄壁桿件模型剩，其中梁、柱愉為普通空間桿品件，每端有６循個(gè)自由度，墻日視為薄壁桿件莊，每端有７個(gè)駛自由度（多一畝個(gè)截面翹曲角逮，即扭轉(zhuǎn)角沿敞縱軸的導(dǎo)數(shù)）竹，考慮了墻單蔬元非平面變形室的影響，按矩覽陣位移法由單炒元?jiǎng)偠染仃囆翁脸煽倓偠染仃囅?，引入樓板平格面?nèi)剛度無限致大假定減少部機(jī)分未知量之后向求解，它適用份于各種平面布勸置，未知量少料，精度較高。菌但是，薄壁桿跑件模型在分析蓋剪力墻較為低論寬、結(jié)構(gòu)布置衡復(fù)雜（如有轉(zhuǎn)煤換層）時(shí)，也子存在一些不足外，主要是薄壁侵桿件理論沒有閥考慮剪切變形貸的影響，當(dāng)結(jié)失構(gòu)布置復(fù)雜時(shí)細(xì)變形不協(xié)調(diào)。舞而短肢剪力墻鍬結(jié)構(gòu)由于肢長籠較短（一般為自墻厚的律５捐-含８倍），本身說較高細(xì)，更接交近于桿件性能喇，所以，閘用城TA弦T達(dá)、熱TBS獨(dú)A鉤計(jì)算短肢剪力例墻結(jié)構(gòu)能較好妨地反映結(jié)構(gòu)的籮受力，精度較截高漁。囑敗對設(shè)有轉(zhuǎn)換層續(xù)的短肢剪力墻跌結(jié)構(gòu)，一般都效只是將電梯間萌、樓梯間、核他心筒和一少部封分剪力墻落地均，其于剪力墻澆框支?？蛑Ъ羧κ鞘芰γ鎸傧蚴芰c(diǎn)過渡玩，由于薄壁桿熔件的連接處是痰點(diǎn)連接，所以元用薄壁桿件模巴型不能很好地戴處理位移的連盜續(xù)和力的正確倒傳遞。因此，李帶有轉(zhuǎn)換層的務(wù)短肢剪力墻結(jié)鉤構(gòu)宜優(yōu)先采用惜墻元模型軟件外（如柜SATW臨E駝）進(jìn)行計(jì)算。霧當(dāng)然，從整體椅上的內(nèi)力（特網(wǎng)別是下部支承群柱的內(nèi)力）分賀布情況來看，梳如果將剪力墻引加以適當(dāng)?shù)奶幐?，還是可以慢用奔TA核T針、咸TBS冠A智對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整丟體計(jì)算的泡［詳3藝］羊。劣唯3挖鹽異形柱的受力丙性能及其軸壓你比控青制去待鏟天津大學(xué)的試爸驗(yàn)研究結(jié)果表托明［待4榴］：異形柱的汪延性比普通矩恩形柱的差。軸庭壓比、高長比裙（即柱凈高與駁截面肢長之比唱）是影響異形被柱破壞形態(tài)及宵延性的兩個(gè)重拆要因素萌。移抖異形柱由于多闖肢的存在，其恐剪力中心與截卸面形心往往不誓重合，在受力啞狀態(tài)下，各肢阿產(chǎn)生翹曲正應(yīng)向力和剪應(yīng)力。柴由于剪應(yīng)力，圾使柱肢混凝土贏先于普通矩形遲柱出現(xiàn)裂縫，桶即產(chǎn)生腹剪裂朝縫，導(dǎo)致異形事柱脆性明顯，練使異形柱的變耗形能力比普通倦矩形柱降低。旋租作為異形柱延涉性的保證措施辱，必須嚴(yán)格控拍制軸壓比，同好時(shí)避免高長比杯小于４（短柱鈔）?？刂浦刂蚊孑S壓比的目討的，在于要求飯柱應(yīng)具有足夠圣大的截面尺寸疾，以防止出現(xiàn)巷小偏壓破壞，蘇提高柱的變形俊能力，滿足抗彈震要求。廣東班《規(guī)程》按建惕筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)碑范（黃GBJ1璃1陪—收8草9胖）中所規(guī)定的士柱子軸壓比降偉低周0.0們5屈取用（按截面濕的實(shí)際面積計(jì)海算）；天津《顛規(guī)程》則根據(jù)瘦箍筋間距與主確筋直徑之比、耐箍筋直徑及抗赴震等級共同確孩定，其要求比臺廣東《規(guī)程》血嚴(yán)格，例如，怠對痰s/任d王＝５、４（即粥箍筋間漠距廟s譯＝位100mm源，縱筋直船徑喝d零分別為瓦20mm夠、育25mm對的情況），箍巨筋直鄙徑抹d俗v僅＝妙8mm余，抗震等級為社三級稼的洋L疏形截面，其軸總壓比限值分別塔為流0.6溝0費(fèi)，廊0.6船5脊。異形柱是從石短肢剪力墻向玩矩形柱過渡的咱一種構(gòu)件，柱所肢截面的肢厚坦比（即肢長／浸肢寬）不大于終４?！陡咭?guī)》府（蘿JGJ朽3秩—膽9蔥1現(xiàn)）第克樂條割，祥“漠抗震設(shè)計(jì)時(shí)，冷小墻肢的截面爛高度不宜小李于林3b招w床”笨，題“梳一、二級剪力評墻的小墻肢，怖其軸壓比不宜膊大于嘩0.覺6食”籠。根據(jù)上述分壟析，為便于應(yīng)芒用，建議在６崇度設(shè)防區(qū)，對戴于異形柱框架廢結(jié)構(gòu)抵，渡L信形截面柱的軸膠壓比不應(yīng)超泛過答0.繪6咱（按截面的實(shí)威際面積計(jì)算，蔬下同）輔，蟻T走形截面柱的的位軸壓比不應(yīng)超劣過殖0.6寬5鉛，十字形截面?zhèn)冎妮S壓比不忌應(yīng)超方過敢0.蘇8安；對于異形柱婚框溜架拍—枕剪力墻（或核踐心筒）結(jié)構(gòu)，菜由于框架是第介二道抗震防線恨，所以框架柱嚇的軸壓比限值奴可放寬穿到陵0.6開5攀（精L稈形）子、口0.7草0姜（喚T探形）命、禁0.9強(qiáng)0怨（＋字形），見但對于轉(zhuǎn)換層朵下的支承柱，吩其軸壓比仍不朽應(yīng)超獅過碑0.6盆0施。徐柔短柱在壓剪作篇用下往往發(fā)生掠脆性的剪切破蹈壞，設(shè)計(jì)中應(yīng)制盡量避免出現(xiàn)即短柱。根據(jù)高零長比不宜小于鞠４，在梁高為鐘600mm腔的前提下，當(dāng)享標(biāo)準(zhǔn)層層高為昏3.0m變時(shí)，異形柱的貞最大肢長可為歇600mm銳；底層層高為層4.2m潮時(shí)，肢長可為壩900mm雙。晶番4譽(yù)理短肢剪力墻結(jié)攏構(gòu)中轉(zhuǎn)換層的柔設(shè)置高度及框恒支莖柱咬假在現(xiàn)代高層住吵宅的地下室和戶下部幾層，由丘于停車和商業(yè)胳用房需較大空蕉間，就得通過役轉(zhuǎn)換層來實(shí)現(xiàn)椅。在短肢剪力浙墻結(jié)構(gòu)中，一頌般都只將電梯皮間、樓梯間、雙核心筒和一少祝部分剪力墻落禁地，其于剪力忙墻框支。喉牛據(jù)研究表明［圈5見］缸，葬“宿框支剪力墻結(jié)乘構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)換層位戚置較高時(shí)，轉(zhuǎn)富換層附近層間村位移角及內(nèi)力醒分布急劇突變嫩，內(nèi)力的傳遞霸僅靠轉(zhuǎn)換層一扔層樓板的間接民傳力途徑很難禿實(shí)現(xiàn)；轉(zhuǎn)換層榴下部錄的促‘殖框來支悠’郊結(jié)構(gòu)易于開裂嫌和屈服，轉(zhuǎn)換菠層上部幾層墻待體易于破壞。遮這種結(jié)構(gòu)體系胸不利于抗震。升高烈度區(qū)（９僵度及９度以上輛）不應(yīng)采用；娛８度區(qū)可以采歌用，但應(yīng)限制毒轉(zhuǎn)換層設(shè)置高擾度，可考慮不桑宜超過３層；棗７度區(qū)可適當(dāng)甘放寬限制衫。錄”壺因此，建議在軟６度抗震設(shè)防般區(qū)，短肢剪力洋墻結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換控層設(shè)置高度不置宜超過５層，灶避免高位轉(zhuǎn)換阻。轉(zhuǎn)換層上下楚的層剛度旅比鼠γ樣宜接近１，不易宜超過２。轉(zhuǎn)合換層位置較高秘時(shí)，宜同時(shí)控吩制轉(zhuǎn)換層下股部征“壘框那支各”忙結(jié)構(gòu)的等效剛兇度（即考慮彎面曲剪切和軸向堤變形的綜合剛悅度），循使判EgJ使g餐與濫EcJ喉c巾接近塘。蝶EgJ鼓g潛為剪力墻結(jié)構(gòu)棕的等效剛度，灶剪力墻結(jié)構(gòu)高嗚度取框支層的戚總高度，其平討面和層高與轉(zhuǎn)堡換層上部的剪叫力墻結(jié)構(gòu)相同限；臨EcJ直c商為轉(zhuǎn)換層下偏部桃“燭框堅(jiān)支鑒”孤結(jié)構(gòu)的等效剛畝度。研究表明活［羽5逐］拖，薪“機(jī)控制轉(zhuǎn)換層下壁部泥‘繼框猜支驢’斗結(jié)構(gòu)的等效剛蘿度對于減少轉(zhuǎn)群換層附近的層枝間位移角和內(nèi)灣力突變是十水分必要的，效俱果也很顯著姓。候”茶覺規(guī)范對框支柱釀的內(nèi)力、軸壓雹比、配筋等的撤要求都嚴(yán)于普肯通柱?？蛑Ъ舢惲Y(jié)構(gòu)當(dāng)轉(zhuǎn)密換層位置較高安時(shí)，如何定義憑框支柱，涉及勉到安全與經(jīng)濟(jì)均的問題。根據(jù)搶圣維南原理，挪局部處理的影探響只限于局部紹范圍，所以當(dāng)華轉(zhuǎn)換層位置較要高（如高位轉(zhuǎn)議換）時(shí)，除轉(zhuǎn)別換層附近樓層公的內(nèi)力較復(fù)雜芹外，下面的結(jié)茫構(gòu)受到的影響摧很小，應(yīng)與普懶通框架結(jié)構(gòu)基方本一樣，不必農(nóng)按框支柱處理址。文獻(xiàn)［６］位計(jì)算了兩個(gè)喉2房8壁層的結(jié)構(gòu)，一凍為內(nèi)筒外框架粒結(jié)構(gòu)，一為內(nèi)韻筒外框支結(jié)構(gòu)團(tuán)，轉(zhuǎn)換層設(shè)醋在杯1辜8普層。計(jì)算結(jié)果臘表明，轉(zhuǎn)換層栗下二層的內(nèi)力腐影響很大，下叢三層的內(nèi)力誤農(nóng)差最大屠為均15桶%罪，下五層的內(nèi)消力已比較接近蹦（最大誤差小渾于箏10濃%雙）描,控下八層的內(nèi)力督已基本一樣（纖最大誤差小脫于次5飛%刺）。這說執(zhí)明框支柱只需戰(zhàn)在五層范圍內(nèi)雀加以考慮，其鏡它層的柱子按型普通框架柱處當(dāng)理即可。因此班，建議當(dāng)轉(zhuǎn)換叫層位置不超過先五層時(shí)，轉(zhuǎn)換躁層下的各層柱賺均按框支柱處殖理；當(dāng)轉(zhuǎn)換層記位置超過五層縫時(shí)，轉(zhuǎn)換層下夾相鄰的五層柱辜按框支柱處理汗，而其它層的棒柱按普通框架使柱處理。由于村高位轉(zhuǎn)換對抗罷震不利，所以鍛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)簡盡量避免高位授轉(zhuǎn)換別。莊昏5安動短肢剪力墻結(jié)溫構(gòu)的抗震薄弱作環(huán)節(jié)及概念設(shè)拆計(jì)逼辱振動臺模擬地蘋震試驗(yàn)結(jié)果表愉明［旁7管］，建筑平面復(fù)外邊緣及角點(diǎn)煩處的墻肢、底燈部外圍的小墻兇肢、連梁等是郊短肢剪力墻結(jié)抗構(gòu)的抗震薄弱寸環(huán)節(jié)。當(dāng)有扭漏轉(zhuǎn)效應(yīng)，建筑棉平面外邊緣及攀角點(diǎn)處的墻肢冶會首先開裂；貨在地震作用下血，高層短肢剪飽力墻結(jié)構(gòu)將以身整體彎曲變形榴為主，底部外暫圍的小墻肢，籮截面面積小且主承受較大的豎濕向荷載，破壞殊嚴(yán)重，尤襯其螞“擾一飼”詞字形小墻肢破共壞最嚴(yán)重；在駁短肢剪力墻結(jié)曠構(gòu)中，由于墻秧肢剛度相對減臨小，使連梁受追剪破壞的可能掛性增加。因此冒，在短肢剪力媽墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中糖，對這些薄弱墊環(huán)節(jié)，更應(yīng)加恭強(qiáng)概念設(shè)計(jì)和傲抗震構(gòu)造措施皂。例如，短肢獵剪力墻在平面沉上分布要力求窄均勻，使其剛孔度中心和建筑宰物質(zhì)心盡量接益近，以減小扭錯(cuò)轉(zhuǎn)效應(yīng)；適當(dāng)蓮增加建筑平面占外邊緣及角點(diǎn)鳴處的墻肢厚度觀（宜取喝250mm畫，對底部外圍葉的小墻肢根據(jù)閘需要可取用梯300mm頌），加強(qiáng)墻肢膠端部的暗柱配航筋，嚴(yán)格控制擾墻肢截面的軸罰壓比不超癢過芬0.墊6六，以提高墻肢慧的承載力和延夫性；高層結(jié)構(gòu)爪中連梁是一個(gè)融耗能構(gòu)件，連事梁的剪切破壞系會使結(jié)構(gòu)的延鐮性降低，對抗領(lǐng)震不利，設(shè)計(jì)政時(shí)應(yīng)注意對連摔梁進(jìn)鷹行加“討強(qiáng)剪弱褲彎刃”狹的驗(yàn)算，保證敵連梁的受彎屈幣服先于剪切破哄壞；短肢剪力引墻宜在兩個(gè)方施向均有梁與之拼拉結(jié)，連梁宜樹布置在各肢的庭平面內(nèi)，避免旨采拐用偏“捎一室”野字形墻肢；短競肢剪力墻底部冶加強(qiáng)部位的配斯筋應(yīng)符合規(guī)范似要求；等律。扇參考文獻(xiàn)：裂［１］戴教芳腥．多層框架異伙形柱設(shè)計(jì)探索煤［梯J里］獲.巷工業(yè)建財(cái)筑桂,1996,蕩26(1):趨33-35.孕障［２］龍衛(wèi)國忍．異形柱受力努性能及結(jié)構(gòu)設(shè)普計(jì)有關(guān)問題探畏討［墳J雙］．四川建筑納，智2000,2符0(2):5爛0-52.執(zhí)［３］趙玉祥檔．鋼筋混凝土察高層建筑設(shè)計(jì)貸中若干問題的喂探討［好J較］．建筑結(jié)構(gòu)伴學(xué)安報(bào)課.199賺8焰，不19(2):轟12-22.溜晉［４］趙艷靜值等．鋼筋混凝控土異形截面雙腐向壓彎柱延性浸性能的理論研兵究［勝J尺］．建筑結(jié)讓構(gòu)助.1999,覺29(1):怕16-21.湖距［５］徐培福尤等．轉(zhuǎn)換層設(shè)拍置高度對框支悼剪力墻結(jié)構(gòu)抗刷震性能的影響嫁［排J說］．建筑結(jié)咸構(gòu)毯.2000,續(xù)30(1):塘38-42.倒付［６］肖文韜飼等．高層建筑緞結(jié)構(gòu)計(jì)算模型婦的選?。谖蹇瘜萌珖邔咏☉阎拐鸺夹g(shù)交雙流會論文集［服S寨］臉.霧桐廬拋，豬1995.1配1初．溪滾［７］程紹革飼等．高層建筑內(nèi)短肢剪力墻結(jié)蹦構(gòu)振動臺試驗(yàn)挎研究［著J粉］．建筑科特學(xué)風(fēng).2000,醫(yī)16(1):濾12-16.侍魄SomeP談roblem擾sint乓heStr閘uctura址lDesi均gnof扇Specia泡l-Shap赤ed最Column勞andS剖hortS腹hearin儲gWall梨沉XIAOC襲hang-a伶n1,CHE淘NWei-是yi2定(懂1.Scho件olof誕Civil汗Engine挑ering該&Ar