連梁剛度對不等肢連肢梁抗震性能的影響

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(山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006)

引言

太原市君怡小區(qū)B座位于太原市平陽路與晉陽街交叉路口，地上32層，地下1層，采用剪力墻結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的剪力墻結(jié)構(gòu)由于剛度大，地震作用下吸收能量多，且變形性能較差，結(jié)構(gòu)的耗能高，破壞嚴(yán)重。由于建筑功能的需要，常在剪力墻上開設(shè)門、窗以及結(jié)構(gòu)洞，形成了連肢剪力墻。連肢剪力墻又有兩種，一種為等肢，另一種為不等肢。在該工程中，不等肢剪力墻發(fā)揮著重要的作用，而連梁的強度、剛度以及變形性能對連肢剪力墻的抗震性能有很大的影響。本文運用MIDAS/GEN研究該工程中連梁剛度對不等肢連肢梁抗震性能的影響。

MIDAS/GEN是指General structure design system for windows environment，即以Windows為開發(fā)平臺的通用結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，MIDAS/GEN全面強化了實際工作中結(jié)構(gòu)分析所需要的分析功能。通過已有的入索單元、鉤單元、間隙單元等非線性單元，結(jié)合施工階段、時間依存性、幾何非線性等最新結(jié)構(gòu)分析理論，從而計算出更加準(zhǔn)確和切合實際的分析結(jié)果。

1 有限元分析模型的建立

本文所采用的分析模型是一個4層剪力墻結(jié)構(gòu)，層高均為3 600 mm，總高度14.4 m，梁和剪力墻平面見圖1和圖2，圖中LL2截面尺寸為200 mm×500 mm，LL1的截面寬度為200 mm，截面高度在400～1 600 mm之間變化。不考慮樓板的影響，墻厚均為200 mm，混凝土強度等級為C30，場地抗震設(shè)防烈度為7度，Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第1組，抗震等級設(shè)為二級。

圖1 等肢剪力墻平面圖

圖2 不等肢剪力墻平面圖

本文中剪力墻肢考慮翼緣的影響，翼緣統(tǒng)一取長為800 mm，等肢墻肢取2 000 mm，不等肢墻肢中大墻肢長取2 000 mm，小墻肢參數(shù)見表1。以各模型Y向周期和位移的變化來研究連梁的剛度對不等肢剪力墻整體剛度的影響。

表1 不等肢墻肢參數(shù) mm

2 計算結(jié)果分析

2.1 等肢墻肢

連梁截面寬取200 mm，高度取一系列值，以模擬連梁剛度的變化。由表2、圖3和圖4可以看出，隨著連梁剛度的增大，周期和位移呈明顯下降的趨勢，在連梁與墻肢剛度比為1附近時折線斜率明顯減小，位移變化率只有初始的1.4%。由此可知，等肢墻當(dāng)連梁與墻肢剛度比>1時，隨著連梁剛度的增加，聯(lián)肢剪力墻剛度的增加非常緩慢。

表2 等肢墻肢不同剛度比下的周期位移

圖3 等肢剪力墻不同剛度比下的位移

圖4 等肢剪力墻不同剛度比下的周期

2.2 不等肢墻肢

為了便于對比分析，不等肢墻肢中大墻肢取與等肢墻相同，連梁的剛度和小墻肢的剛度作為變量。限于篇幅，這里僅給出SD1800的周期位移表(見表3)以及SD1800、SD1400和SD1200連梁與墻肢的剛度比與位移圖(見圖5至圖7)。比較不同墻肢高度下各個模型的位移發(fā)現(xiàn)，隨著墻肢截面的減小，位移增大，同一墻肢剛度位移折線隨著連梁剛度的增大而趨于平緩。SD1800、SD1400和SD1200在連梁與小墻肢剛度比為1時，折線的變化率分別為初始變化率的2.34%、2.62%和4.87%，曲線變化與連梁與大墻肢的剛度比沒有明顯的聯(lián)系，位移的變化與連梁與小墻的剛度比有關(guān)。

表3 不等肢墻肢SD1800不同剛度比下的周期位移

圖5 不等肢(SD1800)不同剛度比的位移

2.3 等截面連梁下不同墻肢組合對聯(lián)肢剪力墻的影響

不同連梁截面、墻肢下聯(lián)肢剪力墻的位移見圖8。

對比圖8中不同連梁截面、墻肢下聯(lián)肢剪力墻的位移曲線可知，當(dāng)大墻肢、連梁截面一定時，剛度比(大墻/小墻)越大則整體的剛度就越小。墻肢剛度一定時，連梁剛度越大則聯(lián)肢剪力墻的整體剛度越大。連梁剛度越大，墻肢截面變化對聯(lián)肢剪力墻整體剛度的影響越小。

圖6 不等肢(SD1400)不同剛度比的位移

圖7 不等肢(SD1200)不同剛度比的位移

圖8 不同連梁截面、墻肢下聯(lián)肢剪力墻的位移

3 問題討論

在太原市平陽路君怡小區(qū)B座鋼筋混凝土不等肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的位移超過了規(guī)范規(guī)定的限值，設(shè)計人員通過合理地調(diào)整墻肢截面或連梁的截面高度來提高整體的剛度，從而滿足了規(guī)范規(guī)定的位移限值。對于設(shè)計中跨高比較大的連梁，有良好的地震耗能。而在剪力墻結(jié)構(gòu)中，往往洞口上形成的連梁跨高比均比較小，對抗震等級為一、二級且連梁跨高比≯2、墻肢厚≮200 mm時，可設(shè)置斜向交叉鋼筋或菱形斜筋與交叉斜筋組合的配筋方案，其延性均比較高，且具有良好的耗能能力。當(dāng)連梁寬度在350 mm以上時，可采用交叉暗撐。對在工程中出現(xiàn)超筋的連梁，通過合理配筋保證梁強剪弱彎，可具備一定的延性耗能能力。

4 結(jié)論

4.1 基于等肢剪力墻中連梁剛度對聯(lián)肢剪力墻整體剛度的分析，連梁的剛度越大，聯(lián)肢剪力墻的整體剛度也越大；當(dāng)連梁的剛度與墻肢的剛度比>1時，連梁剛度的變化對整體剛度影響不大。

4.2 對于不等肢墻肢，連梁的剛度越大，整體的剛度也就越大。當(dāng)連梁剛度與小墻肢剛度比>1時，連梁剛度的變化對整體剛度影響不大。

4.3 當(dāng)大墻肢、連梁截面一定時，剛度比(大墻/小墻)越大，整體的剛度就越小。墻肢剛度一定時，連梁剛度越大，聯(lián)肢剪力墻的整體剛度越大。連梁剛度越大，墻肢截面變化對聯(lián)肢剪力墻整體剛度的影響越小。

4.4 在該工程鋼筋混凝土不等肢剪力墻結(jié)構(gòu)中，增大了連梁剛度。但不等肢聯(lián)肢墻的抗震研究尚有很多問題，在今后的研究中會得到更好的解決。

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