1、建筑工程中异形柱与短肢剪力墙结构设计问题的思考【摘要】本文首先就建筑工程中异形柱和短肢剪力墙结构设计进行了分析研究，然后对目前异形柱和短肢剪力墙结构设计中存在的问题提出了相应的解决措施，为了满足人们对建筑平面和空间的要求，在现代建筑工程中通常会应用到异形柱和短肢剪力墙结构设计，进行建筑的设计规划。然而就目前的异形柱和短肢剪力墙结构设计的实际情况而言，其中还存在着一些不足。本文以下就此进行了详细的阐述。 【关键词】异形柱； 短肢剪力墙； 结构设计； 解决方案 前言 随着科学技术的日新月异和社会经济的高速发展，人们的生活生产水平显著提高，因此人们对房屋建筑质量和性能也提出了更高的要求，尤其是对高层
2、建筑平面和空间的要求更加严格。在现代的建筑工程中，通常会应用到异形柱与短肢剪力墙结构设计。在现代的建筑工程中应用异形柱与短肢墙剪力墙结构设计，不仅可以有效的提高建筑的质量和性能，还能够满足人们对建筑平面和空间的要求。随着建筑行业的发展，异形柱与短肢剪力墙结构设计也得到了长足的发展，从而进一步为现代的建筑工程建设奠定了坚实的基础。现代住宅建筑要求大开间，平面及房间布置灵活、方便，室内不出现柱楞、不露梁等。异形柱与短肢剪力墙结构能较好地满足现代住宅建筑的要求，因而逐渐得到了推广应用。目前，现行国家规范或规程中尚未给出有关异形柱与短肢剪力墙结构设计的条款，因此，结构设计人员在设计中常会遇到一些规范或
3、规程尚未论及的问题，需要设计人员积累经验，利用正确的概念进行设计。通过本文对异形柱和短肢剪力墙结构设计的详细论述，相信读者对其也有了进一步的认识，总而言之，随着社会发展，可以预见，在将来的建筑工程中，异形柱和短肢剪力墙结构设计一定会更加完善。 一、建筑工程中异形柱结构型式及其计算分析 异形柱结构型式有异形柱框架结构、异形柱框架剪力墙结构和异形柱框架核心筒结构。异形柱结构自身的特点决定了其受力性能、抗震性能与矩形柱结构不同。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忽视。因此，对异形柱结构应按空间体系考虑，宜优先采用具有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析。因
4、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。当采用不具有异形柱单元的空间分析程序（如 TBSA 5.0）计算异形柱结构时，可按薄壁杆件模型进行内力分析。对异形柱框架结构，一般宜按刚度等效折算成普通框架进行内力与位移分析。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，建议用比值对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱。对有剪力墙的异形柱结构，由于异形柱分担的水平剪力很小，由此产生的翘曲应力基本可以忽略，为简化计算，可按面积等效或刚度等效折算成普通框架剪力墙结构进行内力与位移分析。按面积
5、等效更能反映异形柱轴压比的情况，且面积等效计算更为简便。但应注意，按面积等效计算时，须同时满足下面两式：（1）A 矩=A 异；（2）b/h=1/2，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。但对有剪力墙的异形柱结构，计算分析表明，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，可根据上述方法得出的内力，采用适合异形柱截面受力特性的截面计算方法进行配筋计算。 二、建筑工程中短肢剪力墙结构及其计算分析 短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成
6、的特殊的剪力墙结构。其计算模型、配筋方式和构造要求均同于普通剪力墙结构。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结构。TAT、TBSA 所用的计算模型都是杆件、薄壁杆件模型，其中梁、柱为普通空间杆件，每端有 6 个自由度，墙视为薄壁杆件，每端有 7 个自由度，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减少部分未知量之后求解，它适用于各种平面布置，未知量少，精度较高。但是，薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽、结构布置复杂时，也存在一些不足，主要是薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响，当结
7、构布置复杂时变形不协调。而短肢剪力墙结构由于肢长较短，本身较高细，更接近于杆件性能，所以，用 TAT、TBSA 计算短肢剪力墙结构能较好地反映结构的受力，精度较高。 三、建筑工程中异形柱的受力性能及其轴压比控制分析 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，使柱肢混凝土先于普通矩形柱出现裂缝，即产生腹剪裂缝，导致异形柱脆性明显，使异形柱的变形能力比普通矩形柱降低。短柱在压剪作用下往往发生脆性的剪切破坏，设计中应尽量避免出现短柱。根据高长比不宜小于 4，在梁高为 600mm 的前提下，当标准层层高为 3.0m 时，异形柱的最大肢长
8、可为600mm；底层层高为 4.2m 时，肢长可为 900mm。 四、建筑工程中短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱分析 随着建筑行业的蓬勃发展和城市化建设进程的加快，为了更好的利用城市空间，从而缓解城市的空间压力，在现代的高层建筑中通常会修建地下室用来做地下停车场或者商业用房。然而地下停车厂和商业用房所需要的空间较大，所以就必须通过转换层来满足停车场和商业用房对空间的要求。在现代的高层建筑中应用短肢剪力墙结构设计，通常只将一部分的剪力墙落地，其他的剪力墙框支。根据相关资料显示，科学合理地控制转换层下部框支，能够有效的减少转换层附近的层间位移角以及内力突变。 五、结语 随着建筑行业的高速发
9、展，在现代的建筑领工程中，涌现出了大批先进的施工工艺和施工材料，从而为现代的建筑工程建设奠定了坚实的基础。并且随着社会经济的发展，人们的生活生产水平不断提高，人们对住宅的平面和空间也提出了更高的要求。在现代的建筑工程中，传统的框架结构已经不能达到人们对建筑平面和空间的要求。因此，为了满足人们对房屋建筑平面和空间提出的要求，异形柱和短肢剪力墙结构设计应运而生，其中短肢剪力墙结构不仅融合了传统框架结构的所有优点，而且还进行了相信的改进创新，慢慢地发展成为了能够满足人们对住宅空间要求的结构形式。在现代的建筑工程中，短肢剪力墙结构的截面厚度不能超过 300mm，并且剪力墙各肢截面高度和厚度之比的范围应该在48 之间。随着异形柱和短肢剪力墙结构设计在现代建筑工程中的应用，有效的满足了人们对现代建筑的大开间和平面布置灵活以及室内不出现柱楞、不漏梁等要求。因此，异形柱和短肢剪力墙结构设计在现代的建筑工程中被迅速推广，并且得到了长足的发展。然而我国目前的异形柱与短肢剪力墙结构设计的设计情况而言，由于有关部门尚未对异形柱与短肢剪力墙结构设计制定相应的技术标准，从而导致了设计人员只能够依靠经验进行建筑的异形柱与短肢剪力墙结构设计。本文从异形柱结构型式及其计算出发，对异形柱与短肢剪力墙结构设计进行研究，并且对其中的设计要点进行了详细阐述，以供同行参考。
