论短肢剪力墙与异形柱结构设计区别与联系

论短肢剪力墙与异形柱结构设计的区别与联系摘要：本文从结构及其计算等方面对异形柱与短肢剪力墙结构在设计中做了一些对比，明确了其区别与联系，可为以后设计人员提供一些理论参考。关键词：结构计算；异形柱；短肢剪力墙；抗震；区别与联系一、异形柱结构与短肢剪力墙的结构分析1短肢剪力墙结构特点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,是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。常用的有“t”型、“十”字型、“z ”字型、折线型、“一”字型等。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,形式上较为隐蔽；(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。2 异形柱结构特点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、相对于正方形或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)对于长柱(h ／h>4)可以不考虑剪切变

形的影响,当控制轴压比较小时,受力明确,抗变形能力较好。而对短柱(h ／h(4),剪切变形占有相当比例,构件抗变形能力下降。异形柱通常在短柱范围使用,且属薄壁构件,即使发生延性的弯曲形

破坏,也因其截面曲率m／e较小,使弯曲变形性能有限,延性较差；

(3)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混凝土协调变形和内力,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,也使得各肢的核心混凝土处于三向剪力状态,它使得异形柱较普通截面柱变形能力低,脆性破坏明显；(4)特

别是由于异形柱不同于矩形柱,它存在着单纯翼缘柱肢受压的情况,其延性更差。由于其受力性能的复杂,设计中必须通过可靠的计算和必要的构造措施来保证其强度和延性。目前,对于异形柱结构设计国家已经有了规范,jgj149-2006混凝土异形柱结构技术规程已

在06年8月1日开始实施。二、异形柱结构与短肢剪力墙的结构计算分析目前很多设计都是把异形柱作为短肢剪力墙，按短肢剪力墙结构利用pkpm等空间软件进行分析设计，误差大在所难免。1短肢剪力墙结构计算对短肢剪力墙结构的设计计算，因其是剪力墙大开口而成，所以基本上与普通剪力墙结构分析相同，可采用三维杆-系簿壁柱空间分析方法或空间杆-墙组元分析方法，前者如建研院的tbsa、tat，广东省建筑设计院的广厦cad的ss模块，后者如建研院的tbssap、satwe，清华大学的tus，广东省建院的ssw 等。在tat、tbsa中，只需按剪力墙输入即可。tat、tbsa所用的

计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有6个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有7个自由度（多一个截面翘曲角，即扭转角沿纵轴的导数），考虑了墙单元非平面变形的影响，按矩阵位移法由单元刚度矩阵形成总刚度矩阵，引入楼板平面内刚度无限大假定减少部分未知量之后求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂（如有转换层）时，也存在一些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短（一般为墙厚的5-8倍），本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用tat、tbsa计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。对设有转换层的短肢剪力墙结构，一般都只是将电梯间、楼梯间、核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙框支。框支剪力墙是受力面向受力点过渡，由于薄壁杆件的连接处是点连接，所以用薄壁杆件模型不能很好地处理位移的连续和力的正确传递。因此，带有转换层的短肢剪力墙结构宜优先采用墙元模型软件（如satwe）进行计算。当然，从整体上的内力（特别是下部支承柱的内力）分布情况来看，如果将剪力墙加以适当的处理，还是可以用tat、tbsa对结构进行整体计算的。2异形柱结构计算异形柱结构型式有异形柱框架结构、异形柱框架一剪力墙结构和异形柱框架一核心筒结构。异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。由于异形柱截面不对称,在水平力作用下产生的双向偏心受压给承载带来

的影响不容忽视。因此,对异形柱结构应按空间体系考虑,宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析。因异形柱和剪力墙受力不同,所以计算时不应将异形柱按剪力墙建模计算。当采用不具有异形柱单元的空间分析程序( 如tbsa5.0)计算异形柱结构时,可按薄壁杆件模型进行内力分析。对异形柱框架结构,一般宜按刚度等效折算成普通框架进行内力的计算程序进行内力与位移分析。当刚度相等时,矩形柱比异形柱的截面面积大。一般,比值(a 矩／a异)约在1.10—1.30之间。对有剪力墙(或核心筒)的异形柱结构,由于异形柱分担的水平剪力很小,由此产生的翘曲应力基本可以忽略,为简化计算,可按面积等效或刚度等效折算成普通框架一剪力墙(或核心筒)结构进行内力与位移分析。按面积等效更能反映异形柱轴压比的情况,且面积等效更为简便。三、短肢剪力墙、异形柱的联系异形柱的定义就是是指柱截面摈弃了惯用的矩形柱，而采用多个小墙肢的组合截面柱子，由剪力墙演变而来。从形状上看,普通剪力墙就是一个肢更长的异形柱,比异形柱更异型的柱。只要对异形柱的轴压比、配筋和位移加以适当的约束,即达到与普通剪力墙相当的程度,那么异形柱的抗震性能应优于普通剪力墙结构。从构件的直观感觉来讲,异形柱、短肢剪力墙和普通剪力属于同意性质的构件,短肢剪力墙比异形柱的墙肢更长,而普通剪力比短肢剪力墙的肢更长。从异形柱、短肢剪力墙到普通剪力墙结构墙肢是逐渐变化的,是一个连续的过程,结构的受力不会产生突变。在异形柱控制了轴压比以后,虽然两者受力有其各自的特点,但