短肢剪力墙结构设计与异形柱在建筑工程中的应用

肖胜伟（临沂市房屋安全鉴定中心，山东 临沂 276000）

短肢剪力墙结构设计与异形柱在建筑工程中的应用

肖胜伟（临沂市房屋安全鉴定中心，山东 临沂 276000）

在当今社会的发展中，伴随着人们的生活水平进步，人们对建筑的需求不再是传统的显而易见的建筑结构的形式，人们对空间以及架构也需求逐步提高。这种需求与当今社会的建筑中传统的框架结构存在的矛盾也逐渐凸显出来。为了更好满足人们在新环境中的功能需求，必须开发新的适用的框架结构。因而，异形柱和短肢剪力墙结构设计方法随之诞生。

建筑结构；结构设计；异形柱；短肢剪力墙；设计方式

随着人们生活水平和城市水平的发展，人们居住的空间矛盾日益凸显。寸土寸金的房价压力制约了众人选择居住空间的范围，如何将有限的居住空间发挥最大的居住体验和储物功能显得十分重要。这种需求的压力，迫使人们开始寻找出路，于是城市建设空间利用率的课题也成为研究的热点。如何增加建筑物在有限的室内空间中的可用空间已成为最关注的问题。如何去将有限的空间利用最大化，已经成为当前建筑设计的热点。换言之，需求决定市场。为了迎合市场的需求，异形柱和短肢剪力墙结构这两种新的结构形式应运而生。

1 异形柱结构与短肢剪力墙结构阐述

1.1 浅析异形柱结构

异形柱结构的柱截面高度和柱宽比为2-4，与正方形和矩形不一样的柱形。其中包含的分别是异形柱框架和异形柱框架剪力墙两种，“L”型，“T”型，“十”型是最常用的形式。双向偏置下异形柱正面截面的承载能力与负面（作用）方向不同。在L形，T形和十字形三种特殊形状的柱中，L形柱差异性最大。当异形柱的柱结构与等边特殊形状柱和不同形状特殊形状柱混合时，必然存在差异，这种差异会成为在异形柱结构的计算中不能忽视的问题要害。维空间分析法便很好的为这种矛盾提出了解决办法。

1.2 浅析短肢剪力墙结构

短肢剪力墙结构是指肢墙的长度为剪力墙结构厚度的5-8倍，常用类型为“T”，“L”，“X”，“Z”种类。种类繁多，使用何种类型需要具体问题具体分析。短码头的剪力墙结构的设计和计算与普通剪力墙结构的剪力墙结构的设计和计算相同，差异性不是很大。两者都具有剪力墙开大的特点。因为，两者兼可使用柱-柱壁或空间棒-壁元素分析方法的三维分析方法。其中空间条形元素分析方法的计算模型更符合实际情况，精度更高。

由于异形柱框架结构和短肢剪力墙结构的设计方法和施工工艺仍处于初步发展阶段，尚无完整的标准体系，但对于目前的发展形势，市场这种灵活的结构设计方式的需求仍然很大，因此，在实际建筑结构设计中，设计人员需要充分整合特殊建筑项目的应用根据短肢剪力墙和异形柱框架结构的应力特性和破坏机理，选择最优结构设计方法，实现最优结构。根据位置、功能、空间要求和经济投入等因素选择短肢剪力墙和特殊形状柱框架的结构影响达到最佳效果。

由于异形柱框架结构和短肢剪切墙结构的设计方法和施工工艺仍处于发展的初始阶段，发展还比较缓慢，目前还没有完整的标准体系。但对于目前的发展形势，市场需求这种灵活的结构设计方法，竟然有市场需求就有存在的价值和意义。因此，在实际建筑结构设计中，设计人员需要充分整合基于短肢剪力墙结构和异形柱框架结构结合特殊施工项目的应力特性和破坏机理的应用，具体问题具体分析，选择最优结构设计方法实现最优结构。根据位置，功能、空间要求和经济因素等各种特性的不同，进行短肢剪力墙的选择和异形柱的选择，从而达到最佳效果。

表1 异形柱结构适用的最大的高宽比

图1

2 异形柱结构形式的设计规范

在异形柱的框架结构设计中，还有一个问题需要特别注意，就是异形柱框架计算办法和轴压缩比控制。这个压缩比的控制影响巨大，这是因为其横截面不是对称的，这决定了其受压力，抗震性能和一般框架结构与实际应用不同。这就要求我们需要谨慎计算，精准测量。不对称横截面将是双向偏心载荷将对异形柱结构带来一定的承载能力评估，而这份评估对于建筑安全的判定影响很大。在设计中，对于异形柱结构单元计算和轴向压缩比控制，具体考虑需要注意如下：

由于其特殊的横截面，在计算上我们应该有所区别对待。在对称轴上通过水平力，弹性分析计算其翘曲应力非常小，这个翘曲应力的计算需要精准。这时作为水平力来承受组件的偏置仍可以假设通过平面分析，这个分析非常重要，不能有所忽视，特别是对于框-剪，框-筒结构。对于强度为6度及以下的柱I和II位点，我们应该具体问题具体分析，框架柱仅占据水平风荷载的一小部分，计算方法也会有所不同。若按照平常的方法来计算误差比较小。

在这一点上，异形柱可以在整个分析之前由程序代替恒定面积等刚度矩形柱，这个方法的应用得到了业界的肯定。当水平力大且水平力作用在非主轴方向上时，不能忽略翘曲应力，正如前文提到的，翘曲应力的计算需要精准。如果平面截面的误差较大，应进行异形柱框架结构的有限元分析，以确定内力和加固位置和尺寸，这些位置和尺寸的确定，为后续的工作开展提供数据支撑。在计算内力和钢筋计算时，应使用计算软件的异形柱的柱计算功能。现在一些软件没有异形柱的柱段，这个也给我们计算制造了一些麻烦，比如要用它进行计算，应该如何来转化呢？首先必须先将区域的刚度转换成矩形柱，整体分析，得到双向内力后进行异形柱的柱截面设计。目前来看，这项工作量相当大，而且截面设计的可靠性不高，所以采用率不是很高。

轴向压缩比也是影响砼柱的延性的关键指标。这个指标也需要严格控制。在高轴向压缩比的情况下，增加箍筋量对柱的延展性的影响非常小。因此，轴向压缩比的控制对于柱的延展性非常重要。

3 短肢剪力墙结构及其计算规则

与异形柱框架结构相比，另外一种结构，也就是短肢剪力墙结构也获得重点关注，该结构的设计理论和实践经验相对比较完善。究其原因，这是因为短肢剪力墙能够满足建筑空间狭窄的特殊需要，这种需要正好符合市场的需求。并且从计算方法来看，剪力墙结构其计算，施工，加固等方法基本类似于普通剪力墙结构，采用率非常高。但是，在使用短肢剪力墙结构的设计和施工中也需要注意许多问题。

短肢剪力墙结构在水平力作用下，容易显示出整体弯曲变形，需要引起我们的忠实。同时，其外壁底部的小壁承受较大的垂直载荷和扭转剪力，通过一些模型试验反映了外墙的肢体开裂，我们可以根据这些模型试验结果来开展工作。因此，外围墙体四肢应增加厚度和加强，加强小型墙体的延性的抗震性能。这样一来，我们就应让短肢壁在两个方向上连接，以避免形成独立的“一”形壁肢。

同时，短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其侧向刚度相对较小，这个对设计也提出了相应的要求。我们应该考虑，设计中适当分布一定数量的长墙，或使用电梯时，楼梯形成较大的刚度内管避免强化结构下的强化变形较大。同时，短肢剪力墙结构建筑也形成二级抗震设防。短肢剪力墙结构的弱化部分是建筑的角部的外角边角，我们经常忽视这些。当有反作用时，会加剧现有的翘曲变形，使第一道墙开裂，这时该如何应对？我们应该通过如降低轴向压缩比，增加纵向钢筋和钢筋筋比等措施来加强抗震性能。

4 结 语

总之，有需求才会有市场，有市场才有生产力，在未来的工作中进行，也需要不断改进两者的结构，其经济性，实用性，地震等功能同时提升，更好地满足建筑设计的需要。因此，特殊形状的柱和短腿剪力墙将成为未来建筑设计和施工中最广泛使用的两种结构设计。

[1]黄文亮.短肢剪力墙结构设计综述[J].中国住宅设施,2009,4:78～82.

[2]闫德楼,赵丽霞.短肢剪力墙结构在设计中的应用[J].职业技术 ,2006,12:35～ 38.

[3]高明涛. 短肢剪力墙结构高层住宅设计[J]. 辽宁工程技术大学学报( 自然科学版),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