異形柱與短肢剪力墻結構設計中的若干問題

　　對異形柱與短肢剪力墻結構設計中的一些問題，如計算方法、異形柱受力性能及其軸壓比控制、短肢剪力墻結構中轉換層的設置高度及框支柱等進行探討，提出建議，供結構設計人員參考。

　　現代住宅建筑要求大開間，平面及房間布置靈活、方便，室內不出現柱楞、不露梁等。異形柱與短肢剪力墻結構能較好地滿足現代住宅建筑的要求，因而逐漸得到了推廣應用。

　　目前，現行國家規范或規程中尚未給出有關異形柱與短肢剪力墻結構設計的條款，因此，結構設計人員在設計中常會遇到一些規范或規程尚未論及的問題，需要設計人員積累經驗，利用正確的概念進行設計。

　　本文旨在對異形柱與短肢剪力墻結構設計中的一些問題進行探討，提出個人看法，供結構設計人員參考。

　　1異形柱結構型式及其計算

　　異形柱結構型式有異形柱框架結構、異形柱框架—剪力墻結構和異形柱框架—核心筒結構。

　　異形柱結構自身的特點決定了其受力性能、抗震性能與矩形柱結構不同。由于異形柱截面不對稱，在水平力作用下產生的雙向偏心受壓給承載力帶來的影響不容忽視。因此，對異形柱結構應按空間體系考慮，宜優先采用具有異形柱單元的計算程序進行內力與位移分析。因異形柱和剪力墻受力不同，所以計算時不應將異形柱按剪力墻建模計算。

　　當采用不具有異形柱單元的空間分析程序（如TBSA5.0）計算異形柱結構時，可按薄壁桿件模型進行內力分析。

　　對異形柱框架結構，一般宜按剛度等效折算成普通框架進行內力與位移分析。當剛度相等時，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，用矩形柱替換后計算出的軸壓比數值不能直接應用于異形柱，建議用比值（A矩／A異）對軸壓比計算值加以放大后再用于異形柱。

　　對有剪力墻（或核心筒）的異形柱結構，由于異形柱分擔的水平剪力很小，由此產生的翹曲應力基本可以忽略，為簡化計算，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）結構進行內力與位移分析。按面積等效更能反映異形柱軸壓比的情況，且面積等效計算更為簡便。但應注意，按面積等效計算時，須同時滿足下面兩式：

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

　　異形柱的截面設計，可根據上述方法得出的內力，采用適合異形柱截面受力特性的截面計算方法進行配筋計算。

　　2短肢剪力墻結構及其計算

　　短肢剪力墻結構是適應建筑要求而形成的特殊的剪力墻結構。其計算模型、配筋方式和構造要求均同于普通剪力墻結構。在TAT、TBSA中，只需按剪力墻輸入即可，而且TAT、TBSA更適合用來計算短肢剪力墻結構。TAT、TBSA所用的計算模型都是桿件、薄壁桿件模型，其中梁、柱為普通空間桿件，每端有６個自由度，墻視為薄壁桿件，每端有７個自由度（多一個截面翹曲角，即扭轉角沿縱軸的導數），考慮了墻單元非平面變形的影響，按矩陣位移法由單元剛度矩陣形成總剛度矩陣，引入樓板平面內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、結構布置復雜（如有轉換層）時，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，當結構布置復雜時變形不協調。而短肢剪力墻結構由于肢長較短（一般為墻厚的５-８倍），本身較高細，更接近于桿件性能，所以，用TAT、TBSA計算短肢剪力墻結構能較好地反映結構的受力，精度較高。

　　對設有轉換層的短肢剪力墻結構，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。框支剪力墻是受力面向受力點過渡，由于薄壁桿件的連接處是點連接，所以用薄壁桿件模型不能很好地處理位移的連續和力的正確傳遞。因此，帶有轉換層的短肢剪力墻結構宜優先采用墻元模型軟件（如SATWE）進行計算。當然，從整體上的內力（特別是下部支承柱的內力）分布情況來看，如果將剪力墻加以適當的處理，還是可以用TAT、TBSA對結構進行整體計算的〔3〕。

　　3異形柱的受力性能及其軸壓比控制

　　天津大學的試驗研究結果表明〔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：剪力墻結構設計要點

整體規定

◆ A級高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:

全部落地剪力墻——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時,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,分別為130、120、100、80m,9度抗震時不宜采用
A級高度甲類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:
6度、7度、8度抗震時,將本地區設防烈度提高一級后,按乙類、丙類建筑采用
9度抗震時,應專門研究
(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房、水箱、構架等高度)

◆ B級高度乙類、丙類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:

全部落地剪力墻——非抗震、6度、7度、8度抗震時,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,分別為150、140、120、100m
B級高度甲類高層建筑的剪力墻結構最大適用高度:
6度、7度抗震時,按本地區設防烈度提高一級后,按乙類、丙類建筑采用
8度抗震時,應專門研究

◆ 結構的最大高寬比:

A級高度——非抗震、6度、7度、8度、9度抗震時,分別為6、6、6、5、4
B級高度——非抗震、6度、7度、8度抗震時,分別為8、7、7、6

◆ 質量與剛度分布明顯不對稱、不均勻的結構,應計算雙向水平地震作用下的扭轉影響;

其他情況,應計算單向水平地震作用的扭轉影響

◆ 考慮非承重墻的剛度影響,結構自振周期折減系數取值0.9~1.0

◆ 平面規則檢查,需滿足:

扭轉: A級高度——
B級高度、混合結構高層、復雜高層——
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%
無較大的樓層錯層
凹凸: 平面凹進的一側尺寸 ≤ 相應投影方向總尺寸的30%

◆ 豎向規則檢查,需滿足:

側向剛度:
除頂層外,局部收進的水平向尺寸 ≤ 相鄰下一層的25%
樓層承載力:A級高度——抗側力結構的層間受剪承載力 (宜)≥ 相鄰上一層的80%
薄弱層抗側力結構的受剪承載力(應)≥ 相鄰上一層的65%
B級高度——抗側力結構的層間受剪承載力(應)≥ 相鄰上一層的75%
(說明:樓層層間抗側力結構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:豎向抗側力構件(柱、抗震墻、抗震支撐)的內力不得由水平轉換構件(梁等)向下傳遞

◆ 水平位移驗算:

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年一遇的風荷載取值計算的順風向與橫風向結構頂點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:現澆 45m,裝配 65m
2. 可適當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 頂層加強保溫隔熱措施,外墻設置外保溫層
③ 每隔30~40m留出后澆帶,帶寬800~1000mm,鋼筋采用搭接接頭,后澆帶砼兩個月之后澆灌
④ 頂部樓層改用剛度較小的結構形式,或頂部設局部溫度縫,將結構劃分為長度較短的區段
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 提高每層樓板的構造配筋率,或采用部分預應力混凝土

◆ 防震縫

1. 最小寬度:按框架結構的50%取用,但不宜小于70mm.
框架結構防震縫最小寬度規定為:高度≤15m的部分,70mm;超過15m的部分,6度、7度、8度、9度相應每增加高度5m、4m、3m、2m,縫寬加寬20mm

2. 縫兩側結構體系不同時,按不利情況確定
縫兩側房屋高度不同時,按較低房屋高度確定

3. 縫沿房屋全高設置,地下室和基礎可不設,但在與上部防震縫對應處應加強構造和連接
4. 相鄰結構基礎存在較大沉降差時,宜加寬防震縫

墻體布置

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

截面設計

◆ 構件截面長邊與短邊之比大于4時,宜按墻的要求進行設計(《砼規》10.5.1)
◆ 矩形截面獨立墻肢的長度與厚度之比不宜小于5
當其比值小于5時——其在重力荷載代表值作用下的軸壓比限值,當一、二級抗震時,應較正常墻肢的相應值減0.1,***抗震時為0.6
當其比值不大于3時——宜按框架柱進行設計,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計中,墻肢不宜出現小偏拉,當任一墻肢出現大偏拉時,兩墻肢均應將彎矩設計值和剪力設計值乘以1.25的增大系數
(說明:剪力墻墻肢不同受力狀態的延性優劣—— 小偏拉 < 大偏拉 < 小偏壓 < 大偏壓)
◆ 剪力墻截面設計的內容:平面內的斜截面受剪、偏壓或偏拉、平面外軸心受壓
◆ 在集中荷載作用下,墻內宜設置暗柱,并注明暗柱縱筋的連接方式,無暗柱時應進行局部受壓承載力驗算
◆ 一級抗震時,墻體的水平施工縫處宜進行抗滑移驗算

截面厚度

◆ 一、二級抗震時,底部加強部位 ≥
其他部位 ≥
(《砼規》11.7.9 / 1)補充:當墻端無端柱或翼墻時,≥ 層高的1/12

◆ 三、四級抗震時,底部加強部位 ≥
其他部位 ≥
◆ 非抗震時,≥
◆ 當不能滿足上述要求時,應進行墻體的穩定計算(高規附錄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減小,但不宜小于160mm.
◆ 截面尺寸還應符合受剪要求
◆ 剪力墻的厚度不宜小于樓層高度的1/25(《砼規》10.5.2)

軸壓比限值

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

位——無規定
◆ 短肢剪力墻各部位統一規定為***抗震0.7、二級抗震0.6、一級抗