異形柱框輕和短肢剪力墻住宅結構體系的思考

陳勇

（貴州正業工程技術投資有限公司 貴州遵義 563000）

引言

在建設高層住宅樓時，需要用到鋼筋混凝土結構。實際應用的結構多種多樣，其中比較常見的是通過豎向交通區設置剪力墻。這樣就能組成一個比較完整的筒體。與框架相比，剪力墻有一定的優勢，所以在實踐的過程中，逐漸將剪力墻和框架的優點結合起來，就形成了如今的短肢剪力墻。異性柱框輕結構體系和高層短肢剪力墻結構體系是小康住宅建筑結構體系中最為常用的兩種。

1 異形柱框輕住宅結構體系

1.1 異形柱框輕住宅結構體系的不足之處

經過大量的實驗探究，總結異形柱框輕結構的適用范圍，共有三種適用情況，一是某地區的抗震設防烈度為Ⅶ度或者是Ⅶ度以下，二是房屋的高度不超過27m，三是房屋的柱網尺寸小于或等于7.2m。在實際運用異形柱框輕住宅結構體系時，發現其中存在一定不足之處。扁柱在該結構體系中應用最多，具體的操作會保證扁柱的一個方向與房屋的梁連接起來。由此可見，扁柱與房屋梁的連接點較少，也意味著這個連接點需要承載較大的壓力。這會對整個結構體系造成一定不良的影響，因為缺少了直交梁的約束，結構抗剪切力的面積會比較小，容易發生不良的形變現象。在架設鋼筋的環節中，由于節點面積過小，操作會非常不容易，而進一步的混凝土澆筑施工會更加不容易，這會導致房屋穩定性較差。對節點進行抗震模擬實驗，會發現節點在實驗的過程中無法抵抗地震能量，繼而遭到了嚴重的破壞。所以要想讓房屋有較強的穩定性，在未來的建筑工程中不能再繼續使用這樣的節點方式，應該避免房屋存在安全隱患，要讓人們的人身財產安全獲得保障[1]。

1.2 異形柱框輕住宅結構體系的優勢和應用注意事項

異形柱框輕結構體系與傳統的結構體系相比，有著十分明顯的優勢。體現在便于使用上，而且可以適當地增加使用面積。這一結構體系的支厚基本上與填充墻相等，在室內環境中也不會出現柱楞。另外還有一個優勢體現在材料上，墻體制作使用的材料質量很輕，同時具備保溫隔熱的性能，這與墻體材料的改革方向十分契合。最后一個優勢體現在經濟效益上，雖然在施工的過程中難度增大，但是能夠有效擴大使用的面積，而且材料本身質量很輕，因此基礎的施工費用會大大減少。考慮到異形柱框輕結構體系的適用范圍，抗震設防烈度要求在Ⅶ度以上的區域內不能使用這一結構體系。其次，假如需要使用超過7m的柱網，就要用斜撐的方式輔助提高房屋的穩定性。最后在布置異形柱框輕結構體系的環節中，需要堅持一定的原則。最基本的就是對稱原則，也就是說要布置對稱型的房屋平面。再提高一個層次就是要保證房屋主軸的協調性，這樣才能有效避免結構扭轉對房屋的穩定性造成不利的影響。最后一個原則是在設置異性柱框架的過程中，應該設置雙向的異形柱框架。而且要保證縱橫連接、支柱對齊。這是因為支柱對齊會讓房屋有能力抵抗更大的外力作用。

1.3 運用三維分析方法，整體分析異形柱框輕住宅結構體系

在對異形柱框輕住宅結構體系進行整體分析時，三維分析方法比較適用，這是因為該結構體系有著數量較多的構件截面形式。以肢高肢寬比不大于4.0的異形柱為例，這種異形柱的特點是長細比較大，而且在變形之后仍然與平截面的假定基本符合，它的力學特性也基本與柱相同。目前已經面世的軟件有TBSA、TAT、SATWE，這三種軟件可以對柱模型進行三維計算分析。在使用TBSA這一軟件分析柱模型時，不能直接輸入異性柱的截面形式。而是要遵循一定的原則，就是柱子雙向剛度相等的原則，并運用該原則簡化異形截面，使其變成矩形截面。此時不能忽略一個問題，就是在轉化以后會存在面積誤差，與此同時柱截面形心主軸的角度也會發生一定的變化。此時計算構件內力會受到一定程度的影響，導致計算結果存在誤差。形成的影響不止于此，柱的定位、梁的長度都會不夠準確。而運用TAT、SATWE這兩種軟件進行計算時，可以直接將異性柱的截面輸入，此時就不再需要考慮上述問題。此時需要將主形心的主軸坐標作為參考點，來計算異形柱的剛度，進而求得異形柱的主形心慣性矩，與此同時要疊加與之相連的梁的剛度。

2 短肢剪力墻住宅結構體系

2.1 短肢剪力墻住宅結構體系的特點

短肢剪力墻住宅結構比較適用于樓層較多的情況，異形柱框輕住宅結構體系在截柱面、抗側剛度、軸壓比等方面無法滿足房屋樓層多的要求，此時就要適當加大異性柱的肢長，保證肢高肢寬比大于4.0。這樣住宅的結構體系就變成了短肢剪力墻。在目前的發展階段中，對短肢剪力墻還沒有比較嚴格的定義。剪力墻的長度一般不超過2m，布置的位置集中在間隔墻的交點處。當前剪力墻的形狀有L形、T形，另外還有十形和一形，后兩種比較少見。短肢剪力墻的結構體系的特點與異形柱框輕結構體系比較相像，兩種結構體系布置的原則也大致相同。在塔式的高層建筑中，短肢剪力墻比較常用[2]。塔式高層建筑的平面特點比較特殊，它的豎向交通區由樓梯、電梯和豎向管道構成。在這個豎向交通區內需要設置數量較多的短肢剪力墻，這樣才能構成一個比較完整的筒體。這個筒體幾乎承載著整幢建筑的豎向載荷，還要承載一定的抗側力。在布置外圍豎向構件時，要以外圍部分的受力需要為依據，還要考慮到外圍的建筑平面布置情況，之后要設置一定數量的鋼筋混凝土短肢剪力墻，此外還要布置連系梁，布置的位置是各短肢剪力墻的墻隙間。連系梁的作用是將短肢剪力墻和核心筒連接成一個整體。這樣就構成了整幢住宅的結構體系。

2.2 運用三維分析方法，整體分析短肢剪力墻住宅結構體系

分析短肢剪力墻的構建力學特征，可以發現短肢剪力墻的肢長肢厚比為4.0，這一數值與剪力墻的數值比較接近。所以在計算時要把短肢剪力墻看做是剪力墻，而不能看做是柱。整體分析剪力墻的結構可以使用的軟件仍然是上文提到的TBSA、TAT、SATWE。在分析短肢剪力墻的結構時TBSA、TAT會模擬剪力墻的結構，也可以使用薄壁桿件單元，二者遵循基本相同的計算原理。SATWE采用的是墻元模擬剪力墻，在殼元上，每個節點有六個自由度，墻元模擬剪力墻就是在此基礎上凝聚而成。墻所在的平面內的剛度和墻所在的平面外的剛度在該分析軟件上都有顯示。以某30層的短肢剪力墻結構為例，對其進行適當簡化。制作了1：20的比例模型，開展了模擬地震振動臺的試驗。計算的對象就是試驗模型所對應的原型。研究不同的力學模型對計算結果產生的不同影響。分別采用墻元和薄壁桿件單元的方式，后者得到的剛度計算值比較大，而且結構自振周期也比前者短。但是墻元分析方法對大開間結構中樓板抗側剛度的貢獻考慮得更加充分。

3 總結

綜上所述，本文思考異形柱框輕和短肢剪力墻住宅結構體系的相關內容，發現短肢剪力墻是剪力墻結構的分支，在結構布置方面比較靈活，可調整性較強。如今建筑行業已經能夠為人們提供高度舒適性的住宅，這其中離不開混凝土異形柱、短肢剪力墻的支持，二者使得高層住宅體系更加完善，不僅滿足舒適性，還實現良好的節能效果，也讓建筑住宅有良好的耐久性和安全性特點。