短肢剪力墻結構設計與異形柱在建筑工程中的應用

肖勝偉（臨沂市房屋安全鑒定中心，山東 臨沂 276000）

短肢剪力墻結構設計與異形柱在建筑工程中的應用

肖勝偉（臨沂市房屋安全鑒定中心，山東 臨沂 276000）

在當今社會的發展中，伴隨著人們的生活水平進步，人們對建筑的需求不再是傳統的顯而易見的建筑結構的形式，人們對空間以及架構也需求逐步提高。這種需求與當今社會的建筑中傳統的框架結構存在的矛盾也逐漸凸顯出來。為了更好滿足人們在新環境中的功能需求，必須開發新的適用的框架結構。因而，異形柱和短肢剪力墻結構設計方法隨之誕生。

建筑結構；結構設計；異形柱；短肢剪力墻；設計方式

隨著人們生活水平和城市水平的發展，人們居住的空間矛盾日益凸顯。寸土寸金的房價壓力制約了眾人選擇居住空間的范圍，如何將有限的居住空間發揮最大的居住體驗和儲物功能顯得十分重要。這種需求的壓力，迫使人們開始尋找出路，于是城市建設空間利用率的課題也成為研究的熱點。如何增加建筑物在有限的室內空間中的可用空間已成為最關注的問題。如何去將有限的空間利用最大化，已經成為當前建筑設計的熱點。換言之，需求決定市場。為了迎合市場的需求，異形柱和短肢剪力墻結構這兩種新的結構形式應運而生。

1 異形柱結構與短肢剪力墻結構闡述

1.1 淺析異形柱結構

異形柱結構的柱截面高度和柱寬比為2-4，與正方形和矩形不一樣的柱形。其中包含的分別是異形柱框架和異形柱框架剪力墻兩種，“L”型，“T”型，“十”型是最常用的形式。雙向偏置下異形柱正面截面的承載能力與負面（作用）方向不同。在L形，T形和十字形三種特殊形狀的柱中，L形柱差異性最大。當異形柱的柱結構與等邊特殊形狀柱和不同形狀特殊形狀柱混合時，必然存在差異，這種差異會成為在異形柱結構的計算中不能忽視的問題要害。維空間分析法便很好的為這種矛盾提出了解決辦法。

1.2 淺析短肢剪力墻結構

短肢剪力墻結構是指肢墻的長度為剪力墻結構厚度的5-8倍，常用類型為“T”，“L”，“X”，“Z”種類。種類繁多，使用何種類型需要具體問題具體分析。短碼頭的剪力墻結構的設計和計算與普通剪力墻結構的剪力墻結構的設計和計算相同，差異性不是很大。兩者都具有剪力墻開大的特點。因為，兩者兼可使用柱-柱壁或空間棒-壁元素分析方法的三維分析方法。其中空間條形元素分析方法的計算模型更符合實際情況，精度更高。

由于異形柱框架結構和短肢剪力墻結構的設計方法和施工工藝仍處于初步發展階段，尚無完整的標準體系，但對于目前的發展形勢，市場這種靈活的結構設計方式的需求仍然很大，因此，在實際建筑結構設計中，設計人員需要充分整合特殊建筑項目的應用根據短肢剪力墻和異形柱框架結構的應力特性和破壞機理，選擇最優結構設計方法，實現最優結構。根據位置、功能、空間要求和經濟投入等因素選擇短肢剪力墻和特殊形狀柱框架的結構影響達到最佳效果。

由于異形柱框架結構和短肢剪切墻結構的設計方法和施工工藝仍處于發展的初始階段，發展還比較緩慢，目前還沒有完整的標準體系。但對于目前的發展形勢，市場需求這種靈活的結構設計方法，竟然有市場需求就有存在的價值和意義。因此，在實際建筑結構設計中，設計人員需要充分整合基于短肢剪力墻結構和異形柱框架結構結合特殊施工項目的應力特性和破壞機理的應用，具體問題具體分析，選擇最優結構設計方法實現最優結構。根據位置，功能、空間要求和經濟因素等各種特性的不同，進行短肢剪力墻的選擇和異形柱的選擇，從而達到最佳效果。

表1 異形柱結構適用的最大的高寬比

圖1

2 異形柱結構形式的設計規范

在異形柱的框架結構設計中，還有一個問題需要特別注意，就是異形柱框架計算辦法和軸壓縮比控制。這個壓縮比的控制影響巨大，這是因為其橫截面不是對稱的，這決定了其受壓力，抗震性能和一般框架結構與實際應用不同。這就要求我們需要謹慎計算，精準測量。不對稱橫截面將是雙向偏心載荷將對異形柱結構帶來一定的承載能力評估，而這份評估對于建筑安全的判定影響很大。在設計中，對于異形柱結構單元計算和軸向壓縮比控制，具體考慮需要注意如下：

由于其特殊的橫截面，在計算上我們應該有所區別對待。在對稱軸上通過水平力，彈性分析計算其翹曲應力非常小，這個翹曲應力的計算需要精準。這時作為水平力來承受組件的偏置仍可以假設通過平面分析，這個分析非常重要，不能有所忽視，特別是對于框-剪，框-筒結構。對于強度為6度及以下的柱I和II位點，我們應該具體問題具體分析，框架柱僅占據水平風荷載的一小部分，計算方法也會有所不同。若按照平常的方法來計算誤差比較小。

在這一點上，異形柱可以在整個分析之前由程序代替恒定面積等剛度矩形柱，這個方法的應用得到了業界的肯定。當水平力大且水平力作用在非主軸方向上時，不能忽略翹曲應力，正如前文提到的，翹曲應力的計算需要精準。如果平面截面的誤差較大，應進行異形柱框架結構的有限元分析，以確定內力和加固位置和尺寸，這些位置和尺寸的確定，為后續的工作開展提供數據支撐。在計算內力和鋼筋計算時，應使用計算軟件的異形柱的柱計算功能。現在一些軟件沒有異形柱的柱段，這個也給我們計算制造了一些麻煩，比如要用它進行計算，應該如何來轉化呢？首先必須先將區域的剛度轉換成矩形柱，整體分析，得到雙向內力后進行異形柱的柱截面設計。目前來看，這項工作量相當大，而且截面設計的可靠性不高，所以采用率不是很高。

軸向壓縮比也是影響砼柱的延性的關鍵指標。這個指標也需要嚴格控制。在高軸向壓縮比的情況下，增加箍筋量對柱的延展性的影響非常小。因此，軸向壓縮比的控制對于柱的延展性非常重要。

3 短肢剪力墻結構及其計算規則

與異形柱框架結構相比，另外一種結構，也就是短肢剪力墻結構也獲得重點關注，該結構的設計理論和實踐經驗相對比較完善。究其原因，這是因為短肢剪力墻能夠滿足建筑空間狹窄的特殊需要，這種需要正好符合市場的需求。并且從計算方法來看，剪力墻結構其計算，施工，加固等方法基本類似于普通剪力墻結構，采用率非常高。但是，在使用短肢剪力墻結構的設計和施工中也需要注意許多問題。

短肢剪力墻結構在水平力作用下，容易顯示出整體彎曲變形，需要引起我們的忠實。同時，其外壁底部的小壁承受較大的垂直載荷和扭轉剪力，通過一些模型試驗反映了外墻的肢體開裂，我們可以根據這些模型試驗結果來開展工作。因此，外圍墻體四肢應增加厚度和加強，加強小型墻體的延性的抗震性能。這樣一來，我們就應讓短肢壁在兩個方向上連接，以避免形成獨立的“一”形壁肢。

同時，短肢剪力墻結構相對于普通剪力墻結構其側向剛度相對較小，這個對設計也提出了相應的要求。我們應該考慮，設計中適當分布一定數量的長墻，或使用電梯時，樓梯形成較大的剛度內管避免強化結構下的強化變形較大。同時，短肢剪力墻結構建筑也形成二級抗震設防。短肢剪力墻結構的弱化部分是建筑的角部的外角邊角，我們經常忽視這些。當有反作用時，會加劇現有的翹曲變形，使第一道墻開裂，這時該如何應對？我們應該通過如降低軸向壓縮比，增加縱向鋼筋和鋼筋筋比等措施來加強抗震性能。

4 結 語

總之，有需求才會有市場，有市場才有生產力，在未來的工作中進行，也需要不斷改進兩者的結構，其經濟性，實用性，地震等功能同時提升，更好地滿足建筑設計的需要。因此，特殊形狀的柱和短腿剪力墻將成為未來建筑設計和施工中最廣泛使用的兩種結構設計。

[1]黃文亮.短肢剪力墻結構設計綜述[J].中國住宅設施,2009,4:78～82.

[2]閆德樓,趙麗霞.短肢剪力墻結構在設計中的應用[J].職業技術 ,2006,12:35～ 38.

[3]高明濤. 短肢剪力墻結構高層住宅設計[J]. 遼寧工程技術大學學報( 自然科學版),2011,6:875～879.

Short leg shear wall structure design and application of special shaped column in construction engineering

in the development of today’s society, with the progress of people’s living standard, demand for construction of the building structure is no longer obviously the traditional form, people of space and architecture also needs to gradually increase.This demand and the construction of modern society in the traditional framework of the existence of the contradictions have gradually emerged. In order to better meet the needs of the people in the new environment, it is necessary to develop a new framework for the application of. Therefore, the design method of special shaped column and short pier shear wall structure is born.

building structure；structural design；special shaped column；short leg shear wall；design method

TU398

：B

:1003-8965(2017)02-0119-02