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1、 二级结构专业辅导：短肢剪力墙结构与异形柱设计中问题目前，现行国家标准或规程中尚未给出有关异形柱与短肢剪力墙构造设计的条款，因此，构造设计人员在设计中常会遇到一些标准或规程尚未论及的问题，需要设计人员积存阅历，利用正确的概念进展设计。本文旨在对异形柱与短肢剪力墙构造设计中的一些问题进展探讨，提出个人看法，供构造设计人员参考。1 异形柱构造型式及其计算异形柱构造型式有异形柱框架构造、异形柱框架剪力墙构造和异形柱框架核心筒构造。异形柱构造自身的特点打算了其受力性能、抗震性能与矩形柱构造不同。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力带来的影响不容无视。因此，对异形柱构造应按空间
2、体系考虑，宜优先采纳具有异形柱单元的计算程序进展内力与位移分析。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。当采纳不具有异形柱单元的空间分析程序（如TBSA 5.0）计算异形柱构造时，可按薄壁杆件模型进展内力分析。对异形柱框架构造，一般宜按刚度等效折算成一般框架进展内力与位移分析。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。因此，用矩形柱替换后计算出的轴压比数值不能直接应用于异形柱，建议用比值（A矩A异）对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱。对有剪力墙（或核心筒）的异形柱构造，由于异形柱分担的水平剪力很小，由此产生的翘曲应力
3、根本可以忽视，为简化计算，可按面积等效或刚度等效折算成一般框架剪力墙（或核心筒）构造进展内力与位移分析。按面积等效更能反映异形柱轴压比的状况，且面积等效计算更为简便。但应留意，按面积等效计算时，须同时满意下面两式：(1)A矩=A异；(2)| b/h=(Ix异Iy异)式中，A矩、A异分别为矩形柱和异形柱的截面面积；b、h分别为矩形截面的宽和高；Ix异 、Iy异分别为异形柱截面x、y向的主形心惯性矩。一般，按面积等效计算时，矩形柱的惯性矩比异形柱的小。但对有剪力墙（或核心筒）的异形柱构造，计算分析说明，按面积等效与按刚度等效的计算结果是接近的。异形柱的截面设计，可依据上述方法得出的内力，采纳适合异
4、形柱截面受力特性的截面计算方法进展配筋计算。2 短肢剪力墙构造及其计算短肢剪力墙构造是适应建筑要求而形成的特别的剪力墙构造。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于一般剪力墙构造。在TAT、TBSA中，只需按剪力墙输入即可，而且TAT、TBSA更适合用来计算短肢剪力墙构造。TAT、TBSA所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为一般空间杆件，每端有个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有个自由度（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削减局部未知量之后求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度
5、较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、构造布置简单（如有转换层）时，也存在一些缺乏，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当构造布置简单时变形不协调。而短肢剪力墙构造由于肢长较短（一般为墙厚的-倍），本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用TAT、TBSA计算短肢剪力墙构造能较好地反映构造的受力，精度较高。对设有转换层的短肢剪力墙构造，一般都只是将电梯间、楼梯间、核心筒和一少局部剪力墙落地，其于剪力墙框支。框支剪力墙是受力面对受力点过渡，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构造宜优先采纳墙元模型软件（如S
6、ATWE）进展计算。固然，从整体上的内力（特殊是下部支承柱的内力）分布状况来看，假如将剪力墙加以适当的处理，还是可以用TAT、TBSA对构造进展整体计算的。3 异形柱的受力性能及其轴压比掌握天津大学的试验讨论结果说明：异形柱的延性比一般矩形柱的差。轴压比、高长比（即柱净高与截面肢长之比）是影响异形柱破坏形态及延性的两个重要因素。异形柱由于多肢的存在，其剪力中心与截面形心往往不重合，在受力状态下，各肢产生翘曲正应力和剪应力。由于剪应力，使柱肢混凝土先于一般矩形柱消失裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的变形力量比一般矩形柱降低。 作为异形柱延性的保证措施，必需严格掌握轴压比，同时避
7、开高长比小于（短柱）。掌握柱截面轴压比的目的，在于要求柱应具有足够大的截面尺寸，以防止消失小偏压破坏，提高柱的变形力量，满意抗震要求。广东规程按建筑抗震设计标准（GBJ1189）中所规定的柱子轴压比降低0.05取用（按截面的实际面积计算）；天津规程则依据箍筋间距与主筋直径之比、箍筋直径及抗震等级共同确定，其要求比广东规程严格，例如，对s/d、（即箍筋间距s100mm，纵筋直径d分别为20mm、25mm的状况），箍筋直径dv8mm，抗震等级为三级的L形截面，其轴压比限值分别为0.60，0.65。异形柱是从短肢剪力墙向矩形柱过渡的一种构件，柱肢截面的肢厚比（即肢长肢宽）不大于。高规（JGJ391）
8、第5.3.4条，“抗震设计时，小墙肢的截面高度不宜小于3bw”，“一、二级剪力墙的小墙肢，其轴压比不宜大于0.6”。依据上述分析，为便于应用，建议在度设防区，对于异形柱框架构造，L形截面柱的轴压比不应超过0.6（按截面的实际面积计算，下同），T形截面柱的的轴压比不应超过0.65，十字形截面柱的轴压比不应超过0.8；对于异形柱框架剪力墙（或核心筒）构造，由于框架是其次道抗震防线，所以框架柱的轴压比限值可放宽到0.65（L形）、0.70（T形）、0.90（字形），但对于转换层下的支承柱，其轴压比仍不应超过0.60。 短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏，设计中应尽量避开消失短柱。依据高长比不宜小
9、于，在梁高为600mm的前提下，当标准层层高为3.0m时，异形柱的肢长可为600mm；底层层高为4.2m时，肢长可为900mm。4 短肢剪力墙构造中转换层的设置高度及框支柱在现代高层住宅的地下室和下部几层，由于停车和商业用房需较大空间，就得通过转换层来实现。在短肢剪力墙构造中，一般都只将电梯间、楼梯间、核心筒和一少局部剪力墙落地，其于剪力墙框支。据讨论说明，“框支剪力墙构造当转换层位置较高时，转换层四周层间位移角及内力分布急剧突变，内力的传递仅靠转换层一层楼板的间接传力途径很难实现；转换层下部的框支构造易于开裂和屈服，转换层上部几层墙体易于破坏。这种构造体系不利于抗震。高烈度区（度及度以上）不
10、应采纳；度区可以采纳，但应限制转换层设置高度，可考虑不宜超过层；度区可适当放宽限制。”因此，建议在度抗震设防区，短肢剪力墙构造中转换层设置高度不宜超过层，避开高位转换。转换层上下的层刚度比宜接近，不宜超过。转换层位置较高时，宜同时掌握转换层下部“框支”构造的等效刚度（即考虑弯曲剪切和轴向变形的综合刚度），使EgJg与EcJc接近。EgJg为剪力墙构造的等效刚度，剪力墙构造高度取框支层的总高度，其平面和层高与转换层上部的剪力墙构造一样；EcJc为转换层下部“框支”构造的等效刚度。讨论说明，“掌握转换层下部框支构造的等效刚度对于削减转换层四周的层间位移角和内力突变是非常必要的，效果也很显着。”标准
11、对框支柱的内力、轴压比、配筋等的要求都严于一般柱。框支剪力墙构造当转换层位置较高时，如何定义框支柱，涉及到安全与经济的问题。依据圣维南原理，局部处理的影响只限于局部范围，所以当转换层位置较高（如高位转换）时，除转换层四周楼层的内力较简单外，下面的构造受到的影响很小，应与一般框架构造根本一样，不必按框支柱处理。文献计算了两个28层的构造，一为内筒外框架构造，一为内筒外框支构造，转换层设在18层。计算结果说明，转换层下二层的内力影响很大，下三层的内力误差为15%，下五层的内力已比拟接近（误差小于10%）,下八层的内力已根本一样（误差小于5%）。这说明框支柱只需在五层范围内加以考虑，其它层的柱子按一
12、般框架柱处理即可。因此，建议当转换层位置不超过五层时，转换层下的各层柱均按框支柱处理；当转换层位置超过五层时，转换层下相邻的五层柱按框支柱处理，而其它层的柱按一般框架柱处理。由于高位转换对抗震不利，所以构造设计中应尽量避开高位转换。5 短肢剪力墙构造的抗震薄弱环节及概念设计振动台模拟地震试验结果说明，建筑平面外边缘及角点处的墙肢、底部外围的小墙肢、连梁等是短肢剪力墙构造的抗震薄弱环节。当有扭转效应，建筑平面外边缘及角点处的墙肢会首先开裂；在地震作用下，高层短肢剪力墙构造将以整体弯曲变形为主，底部外围的小墙肢，截面面积小且承受较大的竖向荷载，破坏严峻，尤其“一”字形小墙肢破坏最严峻；在短肢剪力墙
13、构造中，由于墙肢刚度相对减小，使连梁受剪破坏的可能性增加。因此，在短肢剪力墙构造设计中，对这些薄弱环节，更应加强概念设计和抗震构造措施。例如，短肢剪力墙在平面上分布要力求匀称，使其刚度中心和建筑物质心尽量接近，以减小扭转效应；适当增加建筑平面外边缘及角点处的墙肢厚度（宜取250mm，对底部外围的小墙肢依据需要可取用300mm），加强墙肢端部的暗柱配筋，严格掌握墙肢截面的轴压比不超过0.6，以提高墙肢的承载力和延性；高层构造中连梁是一个耗能构件，连梁的剪切破坏会使构造的延性降低，对抗震不利，设计时应留意对连梁进展“强剪弱弯”的验算，保证连梁的受弯屈服先于剪切破坏；短肢剪力墙宜在两个方向均有梁与之拉结，连梁宜布置在各肢的平面内，避开采纳“一”字形墙肢；短肢剪力墙底部加强部位的配筋应符合标准要求
