异型柱、短肢剪力墙结构的设计

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1、异型柱、短肢剪力墙构造的设计建设行业专版施工技术异型柱,短肢剪力墙构造的设计异型柱,短肢剪力墙构造由于其在建筑使用方面的诸多长处,已在工程中普遍使用.但就构造设计来讲,由于研究不够充足,原则和规定也存在诸多争议,设计中存在一定的混乱.为此,本文根据自己的设计经验对这两种构造的受力特点,结构分析及构造规定进行论述.一,异形柱构造1.异形柱构造定义所谓异形柱是相对于矩形柱而言的,规定柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在2-4范畴的类似剪力墙的构造.常用的有T字型,L型,十宇型等.2.异形柱构造特点相对于矩形柱而言,异形柱墙肢平面内外两个方向刚度对比相差较大,导致各向刚度不一致,其各向承载能力也有较大差

2、别:对于长异形柱(H/h>4),控制轴压比较小时,受力明确,变形能力较好.而对短柱(H/h<4),构件变形能力下降.异形柱由于是多肢的,其剪切中心往往在平面范畴之外,受力时要靠各柱肢交点处核,biIl凝土协调变形和内力,这种变形协调使各柱肢内存在相称大的翘曲应力和剪应力,而该剪应力的存在,使柱肢易先浮现裂缝,也使得各肢的核心混凝土处在三向剪力状态,它使得异形柱较普通截面柱变形能力低,脆性破坏明显;异形柱存在着单纯翼缘柱肢受压的状况,其延性更差.3,异形柱构造的计算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,对异形柱构造应按空间体系考虑,宜

3、优先采用品有异形柱单元的计算程序进行内力与位移分析.此外一种计算措施就是将异型柱按刚度等效折算成一般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(A矩/A异)约在1.20-1.50之间.因此用矩形柱替代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(A矩/A异)对轴压比计算值加以放大后再用于异形柱.异形柱的截面设计可根据算得的内力,采用适合异形柱截面受力特性的截面计算措施进行配筋计算.4.异形柱的受力性能及其轴压比控制广东规程按建筑抗震设计规范(GBJ1189)中所规定的柱子轴压比降低OO5取用(按截面的实际面积计算);天津规程则根据箍筋间距与主筋直径之比,

4、箍筋直径及抗震级别共同拟定,其规定比广东规程严格.异形柱是从短肢剪力墙向矩形柱过渡的一种构件,柱肢截面的肢厚比(即肢长/肢宽)不不小于4.高规(JGJ391)第5.34条规定,抗震设计时,小墙肢的截面高度不适宜小于3bw,一,二级剪力墙的小墙肢,其轴压比不适宜不小于O.6.根据上述分析,对于异形柱框架结构.L形截面柱的轴压比不应超过O6(按截面的实际面积计算,下同),T形截面柱的的轴压比不应超过O.65,十字形截面柱的轴压比不应超过O.8.但对于转换层下的支承柱,其轴压比仍不应超过O.6O.5.异形柱构造配筋构造由于异形柱不仅受轴向力作用,并且受一定的弯矩,体现出一定的矩形柱的受口李艳春赵群昌

5、l业界力特性,因此主受力钢筋应配在异形柱的角害B.二,短肢剪力墙构造1.短肢剪力墙的定义现行高层建筑混凝土构造技术规程(JGJ3-)的定义是:短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比(肢高厚比)为5到8的剪力墙.2.短肢剪力墙的长处与一般的剪力墙相比,短肢剪力墙门窗洞口更大,可以较好地满足住宅建筑的采光与通风规定,增长使用面积,布置灵活.这种构造体系一般都是运用中部的竖向交通区设立较多的剪力墙,构成一种较为完整的或基本完整的筒体.也可以将由竖向交通区所构成的混凝土筒设立在结构外边,而靠中间的楼梯间可用混凝土剪力墙构成一种相对完整的半开放的简体.这一部分的构造布置与建筑平面的划分较容易达到一致,易于

6、实现.3.短肢剪力墙构造及其计算短肢剪力墙构造是适应建筑规定而形成的特殊的剪力墙构造.其计算模型,配筋方式和构造规定与一般剪力墙构造类似.在TAT,TBSA中可按剪力墙输入.TAT,TBSA所用的计算模型都是杆件,薄壁杆件模型,其中梁,柱为一般空间杆件,每端有6个自由度,墙视为薄壁杆件,每端有7个自由度(多一种截面翘曲角,即扭转角沿纵轴的导数),考虑了墙单元非平面变形的影向.但是,薄壁杆件模型在分析剪力墙较为低宽,构造布置复杂(如有转换层)时,存在较多的问题,如:薄壁杆件理论没有考虑剪切变形的影响,当构造布置复杂时广东科技5总第153期业界It设恬业专版施工技术变形不协调:墙肢间的不同受力仅采

7、用截面翘曲角反映,计算的精度难以保证.现在逐渐的被墙元模型取代.如ETABS,SE,TUS等4.短肢剪力墙配筋构造短肢剪力墙介于异形柱与一般剪力墙之间,以轴向力为主,弯矩为辅.从柱子来讲其主受力钢筋应安排在柱的角部,从剪力墙来说,也应加强边沿构件的配筋.但如按剪力墙的边沿构配筋措施,由于短肢剪力墙墙肢短,也许会浮现全截面均配钢筋,这对短肢剪力墙的受力并不是最佳,因此建议墙肢角部筋配在0.2L(L为墙肢长)墙肢范畴内.三,有关异形柱,短肢剪力墙构造设计的思考1.异形柱,短肢剪力墙及一般剪力墙抗震能力分析笔者觉得构造地震设计的核心有三点:一是构造变形的控制:二是变形能力的加强;三是次要构件容许先破

8、坏.(1)在小,中地震的作用下,构造部产生的变形控制在一定的范畴内,构造的变形小,也即构造的受力小,从而保证结构不破坏或少破坏:(2)保证构造的变形能力.变形能有两种作用,一是吸取地震能量,使大的地震能量不产生继续的累积,二是保证大震不倒塌的核心.从定性的角度来讲,在轴压比相称的状况下,异形柱的变形能力一定要比一般剪力墙构造强得多,由于从形状上看,普通剪力墙就是一种肢更长的异形柱,比异形柱更异型的柱.只要对异形柱的轴压比,配筋和位移加以合适的约束,即达到与一般剪力墙相称的限度,那么异形柱的抗震性能应优于一般剪力墙构造.从构件的直观感觉来讲,异形柱,短肢剪力墙和一般剪力属于批准性质的构件,短肢剪

9、力墙比异形柱的墙肢更长,而一般剪力比短肢剪力墙的肢更长.从异形柱,短肢剪力墙到一般剪力墙构造墙肢是逐渐变化的,是一种持续的过程,构造的受力不会产生突变.目前,在抗震设防烈度为7度及其以厂乐科技5总第153期下的地区合用范畴大至如下:(1)异形柱框架构造可用在七层以下的住宅中(2)短肢剪力墙构造合用于七层二十层左右的住宅,特别是十一,十二层小高层住宅.(3)剪力墙构造体系是老式高层住宅中常用的构造体系,一般用于十八层以上的住宅建筑不同的构造构件应用于不同的构造高度,这是自然形成的.如异形柱不会用于高层构造同样,但不同构件的名称定义却是觉得划分的.笔者觉得在异形柱控制了轴压比后来,虽然三者受力有其

10、各自的特点,但三者有诸多的共性,三者应为为同一性质的构件,仅存在构件尺寸的差别,并无质的分别.墙提高一级,相应的暗柱构造配筋率增大一倍:(2)为了满足长墙承当的倾覆弯矩不小于50%规定,短肢墙的数量大大减少,其最后的构造形式倒像是一般剪力墙结构中设立了部分的短墙肢.因此,与其作二级抗震的短肢墙,还不如做三级抗震的一般剪力墙,两者墙肢的长度也就2030CM的差距.这对于建筑的经济,IWzgn构造技术的提高都是无益的.此外,规范规定异型柱肢不能太长(控制短柱),而对短肢剪力墙则规定肢不能太短,也是一对难以解释的矛盾规定.笔者觉得在限制了异形柱的轴压比的状况下,异形柱可看作超短肢剪力墙,在异形柱构造

11、中可以有短肢剪力墙浮现,表1异形柱,短肢剪力墙和一般剪力墙受力比较抗震短肢抗震一般抗震类型异形柱能力剪力墙能力剪力墙能力轴压比相称相称相称相称相称相称弯矩大小由由小大变形能力大大由由小小从表1可以看出,异形柱,短肢剪力墙到一般剪力墙构造墙肢是逐渐变化的,是一种持续的过程.构造的受力不会产生突变,人为的割裂也许是个错误.2.目前设计中的矛盾与困惑目前,国家规范对于异形柱构造没有相应的规定,有的地方规范规定异形柱结构只能用在七层及七层如下的住宅中,在设计中设计人员为了满足这条规定,有时就要增长整层的混凝土级别或增长柱根数,导致比必要的挥霍.高规短肢墙的抗震级别比一般剪力墙提高一级,并且短肢墙配筋也比一般剪力墙提高诸多.按照新高规的规定,目前12层左右的构造做短肢墙已经没有经济性可言了,理由如下(1)短肢墙的抗震级别比一般剪力就象短肢剪力墙中可以浮现一般剪力墙构造墙同样,不同的构件可按不同的计算模型和构造规定.而对于短肢剪力墙也没有必要做过严的规定的必要.但是,许多高层住宅构造由于开洞过大,使得剪力墙墙肢过短,连梁高度过大,剪力墙事实上被设计成了扁柱,给构造的安全性,经济性导致了不利影响.对短肢剪力墙截面形状的限制也许更有助于结构的受力及抗震性能.(作者单位:李艳春,深圳市同济人建筑设计有限公司;赵群昌,深圳市市政工程设计院)