高層建筑短肢剪力墻與異形柱結(jié)構(gòu)受力分析與設(shè)計(jì)探討48322

1、高層建筑短肢剪力墻與異形柱結(jié)構(gòu)受力分析與設(shè)計(jì)探討隨著人們對(duì)住宅，特別是高層住宅平面與空間的要求越來越高，原來普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱、普通剪力墻結(jié)構(gòu)對(duì)建筑空間的嚴(yán)格限定與分隔已不能滿足人們對(duì)住宅空間的要求。于是在原有剪力墻的基礎(chǔ)上，吸收了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，逐步發(fā)展形成了能適應(yīng)人們新的住宅觀念的高層住宅結(jié)構(gòu)型式，即“短肢剪力墻結(jié)構(gòu)”和“異形柱框架結(jié)構(gòu)”型式。這兩種新的結(jié)構(gòu)由于在很大程度上克服了普通框架與普通剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，受到了建筑師的肯定

2、，更得到了住戶與房開商的歡迎，為此，本文對(duì)這兩種新的高層住宅結(jié)構(gòu)型式的受力特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)分析及構(gòu)造要求進(jìn)行闡述。1短肢剪力墻結(jié)構(gòu)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)是指墻肢的長度為厚度的58倍剪力墻結(jié)構(gòu)，常用的有“T”字型、“L”型、“十”字型、“Z”字型、折線型、“一”字型。這種結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)是：①結(jié)合建筑平面，利用間隔墻位置來布置豎向構(gòu)件，基本上不與建筑使用功能發(fā)生矛盾；②墻的數(shù)量可多可少，肢長可長可短，主要視抗側(cè)力的需要而定，還可通過不同的尺寸和布置來調(diào)整

3、剛度中心的位置；③能靈活布置，可選擇的方案較多，樓蓋方案簡單；④連接各墻的梁，隨墻肢位置而設(shè)于間隔墻豎平面內(nèi)，可隱蔽；⑤根據(jù)建筑平面的抗側(cè)剛度的需要，利用中心剪力墻，形成主要的抗側(cè)力構(gòu)件，較易滿足剛度和強(qiáng)度要求。對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算，因其是剪力墻大開口而成，所以基本上與普通剪力墻結(jié)構(gòu)分析相同，可采用三維桿系簿壁柱空間分析方法或空間桿墻組元分析方法，前者如建研院的TBSA、TAT，廣東省建筑設(shè)計(jì)院的廣廈CAD的SS模塊，后者如建研院

4、的TBSSAP、SATWE，清華大學(xué)的TUS，廣東省建院的SSW等。其中空間桿墻組元分析方法計(jì)算模型更符合實(shí)際情況，精度較高。雖然三維桿系簿壁柱空間分析程序使用較早、應(yīng)用較廣，但對(duì)墻肢較長的短肢剪力墻，應(yīng)該用空間桿墻組元程序進(jìn)行校核。在進(jìn)行以上分析后，按《高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》進(jìn)行截面與構(gòu)造設(shè)計(jì)，相對(duì)于異形柱結(jié)構(gòu)，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的理論與實(shí)踐較為成熟，但這種結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍然有需要引起重視的方面。(1)由于短肢剪力墻結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通

5、剪力墻結(jié)構(gòu)其抗側(cè)剛度相對(duì)較小，設(shè)計(jì)時(shí)宜布置適當(dāng)數(shù)量的長墻，或利用電梯，樓梯間形成剛度較大的內(nèi)筒，以避免設(shè)防烈度下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生國內(nèi)外大量的試驗(yàn)資料和理論分析［2］，異形柱的破壞形態(tài)為：彎曲破壞、小偏壓破壞、壓剪破壞等，影響其破壞形態(tài)的因素有：荷載角、軸壓比、柱凈高與截面肢長比（剪跨比），配箍率以及箍筋間距S與縱筋直徑D的比值等。由于其受力性能的復(fù)雜，設(shè)計(jì)中必須通過可靠的計(jì)算和必要的構(gòu)造措施來保證其強(qiáng)度和延性。目前，異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還沒有統(tǒng)一的國

6、家規(guī)范，僅有兩部地方性法規(guī)，即廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJT151595和天津市標(biāo)準(zhǔn)DB291698可供參考。在進(jìn)行異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除滿足高規(guī)中對(duì)結(jié)構(gòu)布置要求外，還應(yīng)注意幾個(gè)方面的問題：(1)異形框架的計(jì)算由于其截面的特殊性，在柱截面對(duì)稱軸內(nèi)受水平力作用時(shí)，彈性分析計(jì)算其翹曲應(yīng)力很小，此時(shí)如同承受水平力的偏壓構(gòu)件，仍可按平截面假定分析，按砼設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算，特別是在框——剪，框——筒結(jié)構(gòu)中，對(duì)6度及其以下烈度區(qū)的Ⅰ、Ⅱ類場地，框架柱只承擔(dān)水平風(fēng)載的一

7、小部分，如按一般偏壓柱計(jì)算，誤差較小。此時(shí)異形柱可用等剛度等面積代換成矩形柱后由程序進(jìn)行整體分析。而在水平力較大，且水平力作用在非主軸方向，則翹曲應(yīng)力不容忽視，按平截面假定誤差較大，則應(yīng)對(duì)異形柱框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，決定內(nèi)力和配筋位置及大小。在進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算和配筋計(jì)算時(shí)，宜選用帶有異形柱計(jì)算功能的計(jì)算軟件。現(xiàn)在有一些軟件沒有異形柱截面形式，如要用它進(jìn)行計(jì)算，要先進(jìn)行等剛度等面積換算成矩形柱，進(jìn)行整體分析，得到雙向內(nèi)力后再進(jìn)行異形柱的截面

8、設(shè)計(jì)，其工作量相當(dāng)大，且截面設(shè)計(jì)的可靠性不高。目前，國內(nèi)可直接進(jìn)行異形柱截面內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)的軟件有建研院的TAT、SATWE程序，廣東省建院的SS、SSW程序以及天津大學(xué)的鋼筋砼異形柱結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算程序CRSC。這些程序均用數(shù)值積分法進(jìn)行正截面配筋設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確性較高，經(jīng)過大量工程校算，能有效地滿足結(jié)構(gòu)安全性要求。(2)軸壓比控制對(duì)框架結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，柱的延性對(duì)于耗散地震能量，防止框架的倒塌，起著十分重要的作用，且軸壓比又是影響砼柱延性的

9、一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。由試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析［3］，柱的側(cè)移延性比隨著軸壓比的增大而急劇下降。在高軸壓比情況下，增加箍筋用量對(duì)提高柱的延性作用已很小，因而軸壓比大小的控制對(duì)柱的延性影響至關(guān)重要，特別是異形柱結(jié)構(gòu)剪力中心與截面形心不重合，剪應(yīng)力使砼柱肢先于普通矩形壓剪構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，產(chǎn)生腹剪破壞，加上異形柱多屬短柱，這些導(dǎo)致異形柱脆性明顯，使異形柱的延性普遍低于矩形柱，因而對(duì)異形柱的軸壓比要嚴(yán)格控制。在廣東規(guī)程中，其軸壓比按砼設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求減少0.05，

10、但其適用高度較低，一般為35m。當(dāng)高層建筑的高度進(jìn)一步加大時(shí)，其水平力的影響會(huì)愈來愈顯著，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求也愈高。由天津大學(xué)土木系對(duì)異形柱延性資料可知，影響異形柱延性的因素比普通柱要復(fù)雜，且不同的柱截面形式，如L型、T型、十字型，在相同水平側(cè)移下，其延性性能也有較大差異，因而，軸壓比控制應(yīng)參考天津規(guī)程。但天津規(guī)程的控制過于繁鎖，在結(jié)構(gòu)計(jì)算中，柱的縱筋與箍面的直徑還沒有設(shè)定，因而箍筋間距與縱筋直徑的比值還無法確定。為在實(shí)際工作中便于使用，