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金辉
黑龙江龙煤矿业工程设计研究院有限公司双鸭山分公司
【摘 要】异形柱和短肢剪力墙都是建筑支撑结构中比较特殊的一类，这两种结构都是当今建筑设计中常见结构，但是在几年以前这两种设计的使用还比较谨慎，主要的原因是对这两种结构的就够信心不足，对其支撑能力存在疑虑，但是随着这两种结构在建筑的大胆尝试，这两种优秀结构得到了设计者们的认可，并逐渐成为常见的结构，本文分析了异形柱和短肢剪力墙的结构特点以及设计的要点，以供参考?
【关键词】异形柱；短肢剪力墙；支撑机构；设计要点
随着建筑业的发展，建筑支撑结构的技术发展也非常的迅速，一些理论上可以实现的结构设计也进行了不断的尝试，异形柱和短肢剪力墙实施良好的例子，在建筑设计中选取合理的支撑结构能够到达加大室内空间，分担载荷的目的，所以一些优秀的结构帮助我们设计更符合工学特点?
1、发展异形柱和短肢剪力墙结构的必要性
在传统结构中，虽然有建筑方便，建设技术成熟等优点，但是传统技术会占据大量的建筑室内空间，同时建筑外形有着极大的局限性?所以在建筑的发展中异形柱和短肢剪力墙的发展逐渐改善了传统建筑支撑结构的发展局限性，在现在的建筑设计中，框架的应用越来越广，框架的结构为异形柱和短肢剪力墙的发展提高了先决条件?在建筑发展过程中，传统的支撑柱结构不足以满足人们对空间和的更多需求?所以异形柱和短肢剪力墙的方式是一种与填充墙融合的新方式，所以能满足更大面积的需求?
2、异形柱结构的特点及设计要点
异形柱结构是剪力墙的在结合建筑的需求所发展的一种新形势的支撑结构，剪力墙的支撑效果良好，剪力墙对建筑的内部空间影响很大，有些墙体严重影响了室内装潢的布置?所以针对剪力墙的设计特点，有计划的减少室内支撑柱的数量，从而增加使用面积，这就需要对室内支撑柱的部分进行扣除，在很多造成支撑柱不成矩形结构，而是形成‘t’型?‘十’字型的机构，同时利用起了填充墙的一部分面积，增加了与梁的接触面积，所以能够保持支撑的稳定性?
在异形柱设计的原则中，首要需要考虑的是设计一定要能够承受建筑的支撑要求，其次需要重点考虑的是要符合建筑设计的整体性?在异形柱的机构设计中，一般设计者首先设计建筑的外观，然后根据外观计算相应的支撑系数，根据支撑系数选择会适合的支撑结构，在很多支撑结构因为既要满足室内的空间要求，又要足够的支撑强度，所以异形柱的很多设计者的必然选择，因此异形柱的类型也多种多样，常见的有t型?十字型?l型等?根据不同的建筑结构有不同的设计，但是需要设计与梁保持大面积的接触，有利于迎接受力?
3、短肢剪力墙结构及其计算
短肢墙结构在当前建筑工程的应用中主要应用在小高层住宅建筑中，是住宅建筑施工中常见的基础措施?短肢剪力墙结构是适应建筑要求而形成的特殊的剪力墙结构?在设计中的时候，通过结合当前社会中的科学技术手段和实际工作经验进行综合分析与设计，在当前设计和应用的过程中是结合当前的实际情况进行综合的计算和分析，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（多一个截面翘曲角，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（如有转换层）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?同时在短肢剪力墙设计中，必须要满足以下条件：抗震设计时，短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不大于结构总底部地震倾覆力矩的50%?当短肢墙较少时，如短肢墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩小于结构总底部地震倾覆力矩的15%~40%，则可以按普通剪力墙结构设计?下限规范没有规定，用户可以灵活掌握?
4、异形柱的受力性能及其轴压比控制
某大学的试验研究结果表明：异形柱的延性比普通矩形柱的差?其在设计的过程中轴压比?高长比（即柱净高与截面肢长之比）是影响异形柱破坏形态及延性的两个重要因素?
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?
5、短肢剪力墙结构中转换层的设置高度及框支柱
在现代高层住宅的地下室和下部几层，由于停车和商业用房需较大空间，就得通过转换层来实现?在短肢剪力墙结构中，一般都只将电梯间?楼梯间?核心筒和一少部分剪力墙落地，其于剪力墙框支?
在短肢剪力墙应用的过程中，是通过各种相应的规范对框支柱的内力?轴压比?配筋等的要求都严于普通柱?其在剪力墙和异形柱设计的过程中，是采用当前相应的社会技术手段综合分析和管理?框支剪力墙结构当转换层位置较高时，如何定义框支柱，是当前建筑设计的关键，其涉及到安全与经济的问题?根据圣维南原理，局部处理的影响只限于局部范围，所以当转换层位置较高（如高位转换）时，除转换层附近楼层的内力较复杂外，下面的结构受到的影响很小，应与普通框架结构基本一样，不必按框支柱处理?建议当转换层位置不超过五层时，转换层下的各层柱均按框支柱处理；当转换层位置超过五层时，转换层下相邻的五层柱按框支柱处理，而其它层的柱按普通框架柱处理?由于高位转换对抗震不利，所以结构设计中应尽量避免高位转换?
6、总结
在异形柱与短肢剪力墙的设计中，其主要的设计目的在于能够增加建筑的使用空间，以及增加抗震系数的作用。如果不采用异形柱与短肢剪力墙的设计就会造成需要增加传统支持柱的横截面积，这样会大大影响建筑的使用面积，另一方面也会影响建筑的施工，同时载荷的集中并不是良好的建筑设计方案，而是利用较为可靠的异形柱与短肢剪力墙结构将在和分散在墙体和支撑柱中。利用短肢剪力墙的特点，增加建筑的稳定性，防止其出现抗震系数不达标的情况。同时根据建筑的高度和层数处理好高位转换现象，在设计中就应该减少高位转换。所以，异形柱与短肢剪力墙在现在建筑中应用广泛，优点明显，适合在建筑中推广使用。
参考文献：
[1]张立力，张冰.短肢剪力墙结构设计问题探讨[J].吉林勘察设计.2008（01）
[2]韩金霞.浅谈短肢剪力墙结构设计[J].门窗.2013（12）
[3]张丽娟，杨兴强，孙绍霞.短肢剪力墙结构的设计探讨[J].工程建设与设计.2013（06）
[4]马守才.高层建筑短肢剪力墙结构设计问题探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2012（04）
论文作者:金辉
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/8/31
标签：结构论文; 剪力墙论文; 异形论文; 建筑论文; 结构设计论文; 较高论文; 力矩论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;