短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计探讨

关键词：高层；剪力墙；异形柱 

　　当前人们对建筑的要求越来越高，同时结构形式也越来越多种多样，很多传统的结构都是露筋露柱的，很多普通的建筑结构已经不能很好的满足人们对建筑在功能上和质量上的要求，所以在最近几年的建设中也逐渐出现了短肢剪力墙结构和异形柱结构，这种结构在很多方面都有着非常大的优势所以也经常会受到人们的欢迎。 

　　1 短肢剪力墙结构 

　　短肢剪力墙结构是指墙肢的长度为厚度的5-8倍剪力墙结构，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折线型、“一”字型。 

　　这种结构型式的特点是：（1）结合建筑平面，利用间隔墙位置来布置竖向构件，基本上不与建筑使用功能发生矛盾；（2）墙的数量可多可少，肢长可长可短，主要视抗侧力的需要而定，还可通过不同的尺寸和布置来调整刚度中心的位置；（3）能灵活布置，可选择的方案较多，楼盖方案简单；（4）连接各墙的梁，随墙肢位置而设于间隔墙竖平面内，可隐蔽；（5）根据建筑平面的抗侧刚度的需要，利用中心剪力墙，形成主要的抗侧力构件，较易满足刚度和强度要求。 

　　在进行以上分析后，按《高层建筑结构设计与施工规范》进行截面与构造设计，相对于异形柱结构，短肢剪力墙结构的理论与实践较为成熟，但这种结构在结构设计中仍然有需要引起重视的方面。 

　　（1）因为短肢剪力墙结构和普通的剪力墙结构相比，具有非常明显的不同，其侧面的刚度比较小，所以在设计的过程中，应该设置适量的长墙，也可以设置电梯和楼梯间刚度相对比较大的内筒，这样就可以防止因为烈度而使得整个结构出现严重的变形现象，在设置的时候，还要设置两道防震墙。 

　　（2）短肢剪力墙结构的建筑平面外援边角处的墙肢是抗震性能最差的地方，如果产生了扭转效应就会使得翅区出现更加严重的变形状况，这样就会使得墙肢出现非常明显的开裂现象，，针对这样的状况应该采取有效的措施加强其自身的抗震构造，同时还要适当的对压轴比进行适当的调整。 

　　（3）短肢剪力墙结构如果受到了水平方向上的力就会出现严重的变形现象，而底部的外围墙肢会承受非常大的扭转应力，在经过了一段时间之后会使得外周边墙肢出现严重的开裂现象，所以对外周边墙肢进行处理的时候，一定要适当的加大厚度和配筋量，这样才能提高墙肢本身的抗震性能。短肢墙在两个方向上都应该设置有效的连接，尽量不要出现一字型的墙肢。 

　　（4）墙肢的力学分别一定要足够的均匀，同时还要在设计的过程中让刚度的中心和建筑物字很的形心尽量保持较近的距离，同时还要使用专业的工具对刚度中心进行适当的调整。 

　　2 异形柱结构 

　　异形柱结构是指柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4，相对于正方形与矩形柱而言是异形的柱子。它包括异形柱框架和异形柱框架剪力墙，常用的有“L”型、“T”型、“十”字型。 

　　这种结构的特点是：（1）由于截面的这种特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大，导致各向刚度不一致，其各向承载能力也有较大差异；（2）异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外，受力时要靠各柱肢交点处核心砼协调变形和内力，这种变形协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心砼处于三向剪力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显。 

　　在进行异形柱结构设计时，除满足高规中对结构布置要求外，还应注意几个方面的问题： 

　　（1）异形框架的计算。因为截面自身的特性，所以在柱的截面受到了一定的水平作用力的时候，经过相应的计算发现其曲翘力非常的少，这个时候所承受的大部分的作用力都是水平方向上的。在这样的情况下依然可以按照混凝土自身的设计规范去执行，尤其是在框架剪力墙结构或者是烈度等级相对比较低的场地中，框架一般只是承担一小部分的水平荷载，根据一般的偏压差进行计算产生的差值相对较小。这个时候异形柱可以换算成面积相同刚度相同的矩形柱对其进行分析和计算。如果水平方向上的力相差比较大的情况下，曲翘力就是一个非常重要的影响因素，如果按照假定截面进行分析和计算就会出现非常大的误差，所以在计算的时候应该使用有限元分析的方法，这样就可以更好的去确定配筋的位置和等级。在进行内力和配筋计算的时候，应该选择功能性比较强的软件，只有这样才能更好的保证计算的准确性，在计算结束之后，还能够对具体的情况进行分析，得到双向内力之后就可以进行异形柱截面的设计，这项工作的工作量非常大，而且中间的很多环节都可能出现差错，这样也会严重影响到设计的效果。 

　　（2）轴压比控制。如果轴压比比较高，这个时候就不能采用增加箍筋用量的方式来改善整个建筑的延性，所以在轴压比较高的时候，应该对柱本身的延性进行严格的控制，尤其是异形柱结构和剪力墙中心与截面的中心不重合的情况下，剪应力会使得混凝土出现非常明显的裂缝现象，这种现象如果不能严格的控制，就可能会出现非常严重的状况，结构自身的性能也会受到非常不利的影响，所以在设计的过程中也应该对这些因素进行严格的控制。 

　　（3）配筋构造。在正确的结构选型及计算后，截面内钢筋的构造也是保证异形柱受力性能的重要因素。由于异形柱截面的特点，柱肢端部会出现较大应力，加上梁作用于柱肢上应力的不均匀，一般越靠肢端应力越大，对柱肢形成偏心压力，进一步加大肢端压应力。因而在异形柱配筋时，应在肢端设暗柱，暗柱的外排钢筋由计算而定。离端部厚度范围内设2Ф14的构造纵筋，箍筋同柱，这样可限制柱肢的砼裂缝的开展，提高异形柱局部抗压抗剪强度及变形能力。柱上的箍筋不仅能抗剪，也可约束砼变形，增大其延性。异形柱由于不易形成多肢复合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直径和加密间距来实现。相同配箍率下，箍筋直径大，其延性指标好，因而箍筋且用Ф8、Ф10，其间距可比普通柱箍筋间距小。 

　　结束语 

　　建筑施工的过程中，短肢剪力墙和异形柱框架结构应用的范围和领域越来月广泛，同时其设计的合理性也成为该技术能否实现良好效果的一个重要的因素，所以在设计的过程中一定要对结构中的各种受力原理进行详细的分析，选择相对比较合理的方式，正确应用计算机技术，只有这样，才能更好的保证结构本身的合理性和科学性。 

　　参考文献 

　　[1]霍兆基.浅析异形柱结构的设计与构造[J].中外建筑，2003（4）. 

　　[2]潘岳龙.谈异形柱结构体系的设计[J].山西建筑，2005（12）.