高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计初探

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   　随着人们对住宅特别是高层住宅平面与空间的要求越来越高，原来普通框架结构的露梁露柱、普通剪力墙结构对建筑空间的严格限定与分隔已不能满足人们对住宅空间的要求。于是在原有剪力墙的基础上，吸收了框架结构的优点，逐步发展形成了能适应人们新的住宅观念的高层住宅结构形式，即“短肢剪力墙结构”
　　和“异形柱框架结构”形式。
　　一、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。
　　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，可采用三维杆系一簿壁柱空间分析方法或空间杆一墙组元分析方法。其中空间杆墙组元分析方法计算模型更符合实际情况，精度较高。虽然三维杆系一簿壁柱空间分析程序使用较早、应用较广，但对墙肢较长的短肢剪力墙，应该用空间杆一墙组元程序进行校核。
　　(1)短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构，其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙。或利用电梯、楼梯间形成刚度较大的内筒．以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防。
　　(2)短肢剪力墙结构的抗震薄弱部位是建筑平面外边缘的角部处的墙肢，当有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂，应加强其抗震构造措施，如减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率。
　　(3)高层短肢剪力墙结构在水平力作用下，显现整体弯曲变形为主，底部外围小墙肢承受较大的竖向荷载和扭转剪力，由一些模型试验反映出外周边墙肢开裂，因而对外周边墙肢应加大厚度和配筋量，加强小墙肢的延性抗震性能 短肢墙应在两个方向上均有连接，避免形成孤立的“一”
　　字形墙肢。
　　(4)各墙肢分布要尽量均匀，使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近，必要时用长肢墙来调整刚度中心。
　　(5)高层结构中的连梁是一个耗能构件，在短肢剪力墙结构中，墙肢刚度相对减小，连接各墙肢间的梁已类似普通框架梁，而不同于一般剪力墙间的连梁，不应在计算的总体信息中将连梁的刚度大幅下调，使其设计内力降低，应按普通框架梁要求，控制砼压区高度，其梁端负弯矩钢筋可由塑性调幅70％ ～8O％ 来解决，按强剪弱弯、强柱弱梁的延性要求进行计算。
　　二、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、“r’型、“十”
　　字型。
　　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)架的计算由于其截面的特殊性，在柱截面对称轴内受水平力作用时，弹性分析计算其翘曲应力很小，此时如同承受水平力的偏压构件，仍可按平截面假定分析，按砼设计规范计算，特别是在框一剪、框一筒结构中，对6度及其以下烈度区的I、Ⅱ类场地，框架柱只承担水平风载的一小部分，如按一般偏压柱计算，误差较小。此时异形柱可用等刚度等面积代换成矩形柱后由程序进行整体分析。而在水平力较大，且水平力作用在非主轴方向的情况下，则翘曲应力不容忽视，按平截面假定误差较大，则应对异形柱框架结构进行有限元分析，决定内力和配筋位置及大小。在进行内力计算和配筋计算时，宜选用带有异形柱计算功能的计算软件。
　　(2)压比控制对框架结构，框一剪结构，柱的延性对于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起着十分重要的作用，且轴压比又是影响砼柱延性的一个关键指标。由试验结构分析表明，柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降。
　　在高轴压比情况下，增加箍筋用量对提高柱的延性作用已很小，因而轴压比大小的控制对柱的延性影响至关重要，特别是异形柱结构剪力中心与截面形心不重合，剪应力使砼柱肢先于普通矩形压剪构件出现裂缝，产生腹剪破坏，加上异形柱多属短柱，这些导致异形柱脆性明显，使异形柱的延性普遍低于矩形柱，因而对异形柱的轴压比要严格控制。
　　三、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。