異形柱與短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的若干問題

　　對(duì)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。

　　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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)軸壓比計(jì)算值加以放大后再用于異形柱。

　　對(duì)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=(I*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；

　　I*異、Iy異——分別為異形柱截面*、y向的主形心慣性矩。

　　一般，按面積等效計(jì)算時(shí)，矩形柱的慣性矩比異形柱的小。但對(duì)有剪力墻（或核心筒）的異形柱結(jié)構(gòu)，計(jì)算分析表明〔2〕，按面積等效與按剛度等效的計(jì)算結(jié)果是接近的。

　　異形柱的截面設(shè)計(jì)，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(jì)算方法進(jìn)行配筋計(jì)算。

　　2短肢剪力墻結(jié)構(gòu)及其計(jì)算

　　短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是適應(yīng)建筑要求而形成的特殊的剪力墻結(jié)構(gòu)。其計(jì)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(jì)算短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。TAT、TBSA所用的計(jì)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(gè)自由度，墻視為薄壁桿件，每端有７個(gè)自由度（多一個(gè)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?jiǎng)偠染仃囆纬煽倓偠染仃嚕霕前迤矫鎯?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(shí)，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(dāng)結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜時(shí)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(xì)，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計(jì)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(duì)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(diǎn)過渡，由于薄壁桿件的連接處是點(diǎn)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(jìn)行計(jì)算。當(dāng)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(dāng)?shù)奶幚?，還是可以用TAT、TBSA對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)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(yàn)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

篇2：剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

整體規(guī)定

◆ A級(jí)高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:

全部落地剪力墻——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時(shí),分別為150、140、120、100、60m
部分框支剪力墻——非抗震、6度、7度、8度抗震時(shí),分別為130、120、100、80m,9度抗震時(shí)不宜采用
A級(jí)高度甲類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:
6度、7度、8度抗震時(shí),將本地區(qū)設(shè)防烈度提高一級(jí)后,按乙類、丙類建筑采用
9度抗震時(shí),應(yīng)專門研究
(說明:房屋高度指室外地面至主要屋面高度,不包括局部突出屋面的電梯機(jī)房、水箱、構(gòu)架等高度)

◆ B級(jí)高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:

全部落地剪力墻——非抗震、6度、7度、8度抗震時(shí),分別為180、170、150、130m
部分框支剪力墻——非抗震、6度、7度、8度抗震時(shí),分別為150、140、120、100m
B級(jí)高度甲類高層建筑的剪力墻結(jié)構(gòu)最大適用高度:
6度、7度抗震時(shí),按本地區(qū)設(shè)防烈度提高一級(jí)后,按乙類、丙類建筑采用
8度抗震時(shí),應(yīng)專門研究

◆ 結(jié)構(gòu)的最大高寬比:

A級(jí)高度——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時(shí),分別為6、6、6、5、4
B級(jí)高度——非抗震、6度、7度、8度抗震時(shí),分別為8、7、7、6

◆ 質(zhì)量與剛度分布明顯不對(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu),應(yīng)計(jì)算雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響;

其他情況,應(yīng)計(jì)算單向水平地震作用的扭轉(zhuǎn)影響

◆ 考慮非承重墻的剛度影響,結(jié)構(gòu)自振周期折減系數(shù)取值0.9~1.0

◆ 平面規(guī)則檢查,需滿足:

扭轉(zhuǎn): A級(jí)高度——
B級(jí)高度、混合結(jié)構(gòu)高層、復(fù)雜高層——
樓板: 有效樓板寬 ≥ 該層樓板典型寬度的50%
開洞面積 ≤ 該層樓面面積的30%
無較大的樓層錯(cuò)層
凹凸: 平面凹進(jìn)的一側(cè)尺寸 ≤ 相應(yīng)投影方向總尺寸的30%

◆ 豎向規(guī)則檢查,需滿足:

側(cè)向剛度:
除頂層外,局部收進(jìn)的水平向尺寸 ≤ 相鄰下一層的25%
樓層承載力:A級(jí)高度——抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力 (宜)≥ 相鄰上一層的80%
薄弱層抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的受剪承載力(應(yīng))≥ 相鄰上一層的65%
B級(jí)高度——抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力(應(yīng))≥ 相鄰上一層的75%
(說明:樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)受剪承載力指在所考慮的水平地震作用方向,該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和)

豎向連續(xù):豎向抗側(cè)力構(gòu)件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內(nèi)力不得由水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件(梁等)向下傳遞

◆ 水平位移驗(yàn)算:

多遇地震作用下的最大層間位移角 ≤
罕遇地震作用下的薄弱層層間彈塑性位移角 ≤ 1/120

◆ 舒適度要求:

高度超過150m的高層建筑,按10年一遇的風(fēng)荷載取值計(jì)算的順風(fēng)向與橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的最大加速度限值為:住宅、公寓 0.15 m/s2,辦公、旅館 0.25 m/s2

◆ 伸縮縫

1. 最大間距:現(xiàn)澆 45m,裝配 65m
2. 可適當(dāng)放寬最大間距的條件:

① 頂層、底層、山墻和縱墻端開間等溫度變化影響較大的部位提高配筋率
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sp;② 頂層加強(qiáng)保溫隔熱措施,外墻設(shè)置外保溫層
③ 每隔30~40m留出后澆帶,帶寬800~1000mm,鋼筋采用搭接接頭,后澆帶砼兩個(gè)月之后澆灌
④ 頂部樓層改用剛度較小的結(jié)構(gòu)形式,或頂部設(shè)局部溫度縫,將結(jié)構(gòu)劃分為長度較短的區(qū)段
⑤ 采用收縮較小的水泥,減少水泥用量,砼中加入適宜的外加劑
⑥ 提高每層樓板的構(gòu)造配筋率,或采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土

◆ 防震縫

1. 最小寬度:按框架結(jié)構(gòu)的50%取用,但不宜小于70mm.
框架結(jié)構(gòu)防震縫最小寬度規(guī)定為:高度≤15m的部分,70mm;超過15m的部分,6度、7度、8度、9度相應(yīng)每增加高度5m、4m、3m、2m,縫寬加寬20mm

2. 縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)體系不同時(shí),按不利情況確定
縫兩側(cè)房屋高度不同時(shí),按較低房屋高度確定

3. 縫沿房屋全高設(shè)置,地下室和基礎(chǔ)可不設(shè),但在與上部防震縫對(duì)應(yīng)處應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)造和連接
4. 相鄰結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)存在較大沉降差時(shí),宜加寬防震縫

墻體布置

◆ 宜雙向布置,尤其是抗震時(shí)應(yīng)避免單向布置
◆ 門窗洞口宜上下對(duì)齊,成列布置。一、二、***抗震時(shí),底部加強(qiáng)部位不宜采用錯(cuò)洞墻,且所有部位不宜采用疊合錯(cuò)洞墻
◆ 墻肢長度不宜超過8m,且墻段總高與墻肢高度之比應(yīng)大于2.當(dāng)墻肢較長時(shí)宜開設(shè)洞口,各墻段間設(shè)置弱連梁
◆ 應(yīng)避免樓面梁垂直支承在無翼墻的剪力墻的端部(《審查要點(diǎn)》3.6.3 / 6)
◆ 當(dāng)墻肢與其平面外方向的樓面梁連接時(shí),應(yīng)至少采取以下一種措施:
◆ 一般剪力墻的底部加強(qiáng)部位高度的取值:
(說明:當(dāng)有地下室時(shí),墻肢總高度應(yīng)從地上一層(首層)算起,但底部加強(qiáng)部位應(yīng)額外加上地下室的高度)

截面設(shè)計(jì)

◆ 構(gòu)件截面長邊與短邊之比大于4時(shí),宜按墻的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)(《砼規(guī)》10.5.1)
◆ 矩形截面獨(dú)立墻肢的長度與厚度之比不宜小于5
當(dāng)其比值小于5時(shí)——其在重力荷載代表值作用下的軸壓比限值,當(dāng)一、二級(jí)抗震時(shí),應(yīng)較正常墻肢的相應(yīng)值減0.1,***抗震時(shí)為0.6
當(dāng)其比值不大于3時(shí)——宜按框架柱進(jìn)行設(shè)計(jì),但縱向鋼筋的最小配筋率不變,且箍筋宜沿全高加密

◆ 雙肢剪力墻的抗震設(shè)計(jì)中,墻肢不宜出現(xiàn)小偏拉,當(dāng)任一墻肢出現(xiàn)大偏拉時(shí),兩墻肢均應(yīng)將彎矩設(shè)計(jì)值和剪力設(shè)計(jì)值乘以1.25的增大系數(shù)
(說明:剪力墻墻肢不同受力狀態(tài)的延性優(yōu)劣—— 小偏拉 < 大偏拉 < 小偏壓 < 大偏壓)
◆ 剪力墻截面設(shè)計(jì)的內(nèi)容:平面內(nèi)的斜截面受剪、偏壓或偏拉、平面外軸心受壓
◆ 在集中荷載作用下,墻內(nèi)宜設(shè)置暗柱,并注明暗柱縱筋的連接方式,無暗柱時(shí)應(yīng)進(jìn)行局部受壓承載力驗(yàn)算
◆ 一級(jí)抗震時(shí),墻體的水平施工縫處宜進(jìn)行抗滑移驗(yàn)算

截面厚度

◆ 一、二級(jí)抗震時(shí),底部加強(qiáng)部位 ≥
其他部位 ≥
(《砼規(guī)》11.7.9 / 1)補(bǔ)充:當(dāng)墻端無端柱或翼墻時(shí),≥ 層高的1/12

◆ 三、四級(jí)抗震時(shí),底部加強(qiáng)部位 ≥
其他部位 ≥
◆ 非抗震時(shí),≥
◆ 當(dāng)不能滿足上述要求時(shí),應(yīng)進(jìn)行墻體的穩(wěn)定計(jì)算(高規(guī)附錄D)
◆ 剪力墻井筒中,分隔電梯井或管道井的墻肢截面厚度可適當(dāng)減小,但不宜小于160mm.
◆ 截面尺寸還應(yīng)符合受剪要求
◆ 剪力墻的厚度不宜小于樓層高度的1/25(《砼規(guī)》10.5.2)

軸壓比限值

◆ 一般剪力墻底部加強(qiáng)部位——***抗震無規(guī)定、二級(jí)抗震0.6、一級(jí)(7、8度)抗震0.5、一級(jí)(9度)抗震0.4
其他部

位——無規(guī)定
◆ 短肢剪力墻各部位統(tǒng)一規(guī)定為***抗震0.7、二級(jí)抗震0.6、一級(jí)抗