型鋼混凝土剪力墻抗震性能的分析及研究

王煒翰 盧文楓 趙 鑫 謝涵霖

（華北理工大學(xué) 河北 唐山 063210）

型鋼混凝土剪力墻抗震性能的分析及研究

王煒翰 盧文楓 趙 鑫 謝涵霖

（華北理工大學(xué) 河北 唐山 063210）

針對(duì)型鋼混凝土剪力墻的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)其抗震性能進(jìn)行了分析，采取了模型分析的基本方式，對(duì)混凝土剪力墻抗震性能進(jìn)行了總結(jié)分析，核心目的是通過(guò)建立墻抗震性能的提升，保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

；型鋼混凝；剪力墻；抗震性能；分析研究

在建筑行業(yè)運(yùn)行及發(fā)展的過(guò)程中，人們對(duì)建筑的要求逐漸提升，在這種背景下，使建筑的功能性成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，但是，在該種結(jié)構(gòu)形式分析中，其結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)出不連續(xù)以及結(jié)構(gòu)底部剛度較小的現(xiàn)象，當(dāng)其側(cè)向剛度的框支以及相鄰層處于突變的現(xiàn)象，會(huì)對(duì)型鋼混凝土剪力墻抗震性能造成一定的制約。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)變形集中以及能量聚集分析中，其容易發(fā)生側(cè)移機(jī)制，從而為建筑的安全性造成制約。因此，在現(xiàn)階段建筑工程設(shè)計(jì)中，需要將型鋼混凝土剪力墻抗震性能作為研究基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的分析，提升建筑企業(yè)的抗震性能，提出建筑設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)項(xiàng)目，從而為建筑工程的穩(wěn)定運(yùn)提供支持。

一、工程概述

選擇140.5m的型鋼混凝土框支剪力墻的高層建筑，其樓層總數(shù)為38層，平面長(zhǎng)度為47.5m寬度為16.9m，在調(diào)查研究中可以發(fā)現(xiàn)，該工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的使用年限在50年內(nèi)，設(shè)計(jì)之初將其抗震防烈度設(shè)計(jì)為7度。研究中設(shè)基本的地震加速度為0.1g。地震分組為第一組，而場(chǎng)地分組為第二組，其中場(chǎng)地的特定周期（Tg）為0.35s，該工程中的抗震設(shè)計(jì)主要為丙類(lèi)工程，工程項(xiàng)目的安全等級(jí)為二級(jí)?？拐鹪O(shè)計(jì)人員將建筑的第十六層設(shè)計(jì)為避難場(chǎng)所，而且，在轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要采用了鋼筋混凝土的以及型鋼混凝土的結(jié)構(gòu)形式。在本次研究中，選擇了有限元程序（ADINA）對(duì)不同剪跨比的型鋼混凝土抗震性能進(jìn)行了分析。

二、研究分析模型參數(shù)的選擇

由于ADINA作為一種分離式的鋼筋結(jié)構(gòu)模型，在技術(shù)運(yùn)用中是對(duì)原有TRUSS單元模擬技術(shù)的改進(jìn)及創(chuàng)新，通過(guò)該種技術(shù)的運(yùn)用，可以有效提升型鋼混凝土剪力墻抗震性能的科學(xué)判斷，滿(mǎn)足抗震建筑工程設(shè)計(jì)的基本需求，為建筑工程穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)提供良好依據(jù)。當(dāng)在應(yīng)用ADINA技術(shù)形式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)建筑工程文件系統(tǒng)的自動(dòng)性生成，同時(shí)也能夠在求解文化使用中，保證鋼筋單元程序的自動(dòng)化生成，并實(shí)現(xiàn)對(duì)剪力墻抗震系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，為鋼筋單元的自動(dòng)化生成提供有效以及。而且，在TRUSS單元結(jié)構(gòu)運(yùn)用中，可以自動(dòng)生成程序系統(tǒng)，并通過(guò)模塊的合理劃分，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土分單元的分離，在該種背景下，可以合理選擇鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)圖的模塊設(shè)計(jì)。

在分析模型參數(shù)選擇及分析的過(guò)程中，會(huì)使用 Line Searches工程項(xiàng)目方法，進(jìn)行輔助性的數(shù)據(jù)驗(yàn)收，而且，計(jì)算中會(huì)采用Full Newton方法，充分保證數(shù)據(jù)運(yùn)用的合理性。同時(shí)，在鋼筋應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)圖模型構(gòu)建中，混凝土的峰值數(shù)據(jù)為0.002，極限壓力則為0.04，通過(guò)這些計(jì)算方式、數(shù)據(jù)驗(yàn)收、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容的分析，可以實(shí)現(xiàn)軸向壓力布面的均勻性分布，完成軸向壓力的均勻分布方法，滿(mǎn)足一次性施加剪力墻頂面設(shè)計(jì)的基本需求。在對(duì)計(jì)算機(jī)處理功能分析的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)內(nèi)容的收斂、收斂精度等較為敏感，所以，在工程數(shù)據(jù)內(nèi)容計(jì)算中，需要對(duì)墻面工程進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，保證對(duì)三種墻面位移計(jì)算的準(zhǔn)確性。但是，在剪力墻潔面設(shè)計(jì)算中，需要進(jìn)行收斂結(jié)構(gòu)的計(jì)算，完善對(duì)曲線(xiàn)或是平均值的計(jì)算。具體的曲線(xiàn)圖如圖一所示。需要注意的是，在求解以及誤差分析中，需要為0.01。通過(guò)對(duì)圖一曲線(xiàn)變化分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)分析中的模擬效果越好，也就意味著其參數(shù)信息與該系統(tǒng)存在著一定的適用性[1]。

三、型鋼混凝土剪力墻分析

在型鋼混凝土剪力墻抗震性能分析中，其剪力墻的截面寬度需要保持在3m狀態(tài)，其中的厚度主要為300mm，在邊緣構(gòu)件長(zhǎng)度取值分析中，其所選擇的長(zhǎng)度主要為450mm，通過(guò)對(duì)模型分析，需要將其剪力跨度按照λ =1，2，3 的狀態(tài)進(jìn)行分類(lèi)。

圖一 算例荷載-位移曲線(xiàn)圖

通過(guò)對(duì)型鋼混凝土構(gòu)件狀態(tài)的分析，需要通過(guò)對(duì)剪力墻邊緣構(gòu)件鋼綠反應(yīng)狀況的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)剪力墻承載力、變形能力等內(nèi)容的綜合性分析，但是，在含鋼率狀態(tài)相對(duì)較小時(shí)，需要使用型鋼混凝土構(gòu)件，并通過(guò)對(duì)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的分析，進(jìn)行混凝土構(gòu)架澆筑的性能分析。需要注意的是，在型鋼混凝土構(gòu)建確立中，需要通過(guò)對(duì)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的分析，確認(rèn)混凝土的整體性能，其中混凝土構(gòu)建的總含鋼率需要小于8%，對(duì)于一些常用的鋼結(jié)構(gòu)材料，其含鋼量需要維持在4%。而且，剪力墻中的構(gòu)建尺寸的截面較小，所以，需要相關(guān)工程設(shè)計(jì)人員在剪力墻抗震性能分析中，進(jìn)行含鋼量變化問(wèn)題的分析，提升工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理論，從而為混凝土、鋼筋以及型鋼單元模塊的設(shè)計(jì)提供有效支持。同時(shí)，在混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)分析中，也需要充分考慮到ADINA的處理方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊緣構(gòu)件中型鋼離散鋼筋的科學(xué)處理，滿(mǎn)足型鋼混凝土剪力墻抗震性確定的合理性[2]。

四、剪力墻抗震性能影響參數(shù)分析

通過(guò)對(duì)剪力墻抗震性能影響因素的分析，對(duì)剪力墻抗震性能的參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)分析，文章在研究中，對(duì)不同跨度比狀態(tài)下，剪力墻荷載-位移曲線(xiàn)進(jìn)行了分析，其內(nèi)容如圖二所示。

第一，通過(guò)對(duì)圖二（a）的分析可以發(fā)現(xiàn)，在剪力墻抗震性能影響參數(shù)分析中，其數(shù)據(jù)加載初期的各個(gè)構(gòu)建荷載-位移曲線(xiàn)呈現(xiàn)出重合的狀態(tài)，該階段主要是剪力墻受到軸壓比的影響并不大。當(dāng)軸壓比逐漸增大時(shí)，三組不同的建立墻后期的承載能力也就呈現(xiàn)出各自升高的狀態(tài)，在曲線(xiàn)達(dá)到了極限荷載狀態(tài)時(shí)，會(huì)在軸壓比增大的背景下，剪力墻的承載力逐漸下降。在加載后期，當(dāng)軸壓比逐漸增大時(shí)，建立墻的承載力也就不斷提高，但是，在該種背景下，其增長(zhǎng)的幅度會(huì)隨著軸壓比的增加呈現(xiàn)出緩慢增長(zhǎng)的確實(shí)。如，當(dāng)軸壓比為0.4時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的極限承載力與上一級(jí)的承載力相比，提高了12%。其中的建立墻軸壓比在之間的0.1增加到了0.2。對(duì)于型鋼混凝土剪力墻抗震性能分析中，其中混凝土結(jié)構(gòu)主要運(yùn)用在高層、超高層的狀態(tài)中，建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻軸壓也就相對(duì)較大，因此，在該種背景下，需要通過(guò)軸壓比提高剪力墻的承載能力，但是，該種承載墻的空間是相對(duì)有限的。與此同時(shí)，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，當(dāng)其遇到地震作用時(shí)，核心筒體會(huì)較早的進(jìn)入到彈塑性中，在較好塑性形變階段分析中，實(shí)現(xiàn)水平剪力的科學(xué)分布，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)對(duì)剪力墻形變的控制是不利的因此，在協(xié)同性工作內(nèi)容分析中，需要通過(guò)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中剪力墻形變力的要求分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目承載力的系統(tǒng)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混合結(jié)構(gòu)中軸壓比大小的有效控制[3]。

第二，通過(guò)對(duì)圖二（b）曲線(xiàn)變化的分析可以發(fā)現(xiàn)，混凝土等級(jí)在相對(duì)較高的背景下，其剪力墻需要在加載開(kāi)始達(dá)到極限承載力的狀態(tài)，而且，在整個(gè)過(guò)程中，該階段的承載力都相對(duì)較好。所以，在現(xiàn)階段混凝土工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，需要通過(guò)對(duì)墻體裂開(kāi)荷載、屈服荷載等彈性階段的項(xiàng)目性能進(jìn)行有效控制，提升彈性階段的結(jié)構(gòu)性能。對(duì)于曲線(xiàn)圖中的下降階段而言，混凝土等級(jí)相對(duì)較低，而且，其墻體的下降段曲線(xiàn)趨于平緩，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的變形能力。但是，在實(shí)際工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分析中，其形變能力需要按照位移角進(jìn)行位移角的確定，通過(guò)對(duì)混凝土強(qiáng)度位移進(jìn)行減小分析，并提升工程內(nèi)容的剪跨比，在剪跨比中，其變化過(guò)程相對(duì)明顯。在混凝土強(qiáng)度提高中，需要對(duì)位移角減小程度分析，使剪跨比在加大狀態(tài)下，需要對(duì)剪力承載等級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，強(qiáng)化混凝土等級(jí)強(qiáng)度的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)高層混合結(jié)構(gòu)形變空間能力的分析。在綜合性混凝土強(qiáng)度以及等級(jí)剪力承載力發(fā)內(nèi)線(xiàn)中，需要對(duì)其形變能力進(jìn)行系統(tǒng)性的整合，并在高層結(jié)構(gòu)采用承載力、變形力的有效確定，滿(mǎn)足建筑結(jié)構(gòu)的承載效率，從而降低構(gòu)建軸壓比。因此，在該種結(jié)構(gòu)等級(jí)確定中，需要對(duì)混凝土承載力結(jié)構(gòu)進(jìn)行形變能力的合理分析，充分保證承載能力的有效確定。

第三，在圖二（c）曲線(xiàn)變化分析中，需要在曲線(xiàn)大大極限承載力之前，其曲線(xiàn)集合重合，這也就意味著墻體配筋率對(duì)其承載力的影響相對(duì)較小，因此，在各個(gè)曲線(xiàn)的到達(dá)極限承載狀態(tài)之后，就需要增加配筋率對(duì)承載力的抑制作用，在配筋率增加時(shí)，實(shí)現(xiàn)曲線(xiàn)的緩慢下降。在該種剪力墻明顯增加的狀態(tài)下，其中的λ =2 和、λ=3 的剪力墻沒(méi)有明顯的規(guī)律性。

第四，在圖二（d），在三組剪力墻曲線(xiàn)在最大水平狀態(tài)分析中，其剪力墻呈現(xiàn)出下降的狀態(tài)，其中的邊緣約束指標(biāo)在0.24-0.4之間變化時(shí)，其構(gòu)建承載力以及形變能力的提高指標(biāo)會(huì)在0-0.24的范圍內(nèi)，因此，在對(duì)剪跨比不同剪力墻分析中，其承載力以及變形能力會(huì)受到不同的影響，從而對(duì)極限位移角的造成造成限制[4]。

圖二 不同跨度下剪力墻荷載-位移曲線(xiàn)變化

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在承載力影響以及極限位移角分析中，需要剪力墻采用邊緣約束構(gòu)件的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)抗震性能的有效提升，并在此基礎(chǔ)上達(dá)到承載力及形變力區(qū)域平緩的狀態(tài)。

1.在對(duì)邊緣約束指標(biāo)以及邊緣約束條件分析中，需要對(duì)鋼構(gòu)件的含鋼量進(jìn)行分析，增加剪力墻位移角的增加作用，保證下降趨勢(shì)隨著剪跨度比的增大不斷穩(wěn)定。

2.在邊緣約束構(gòu)建對(duì)剪力墻極限位移角提高的作用下，需要對(duì)不利影響因素進(jìn)行系統(tǒng)性的分析，保證含鋼率對(duì)極限位移角的作用提升，從而全面增加型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在剪跨比增大中的穩(wěn)定狀態(tài)。

因此，在現(xiàn)階段型鋼混凝土剪力墻抗震性能分析中，需要有效增加邊緣構(gòu)件的含鋼率，提升剪力墻結(jié)構(gòu)形變穩(wěn)定性提升對(duì)剪力墻穩(wěn)定控制的整體作用。

[1]李東倫,劉堅(jiān),潘澎. 鋼框架-型鋼混凝土剪力墻半型鋼連接節(jié)點(diǎn)彎矩-轉(zhuǎn)角模型及抗震性能研究進(jìn)展[J]. 華南地震,2014,S1：124-131.

[2]魏翔. 預(yù)應(yīng)力型鋼混凝土短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能研究[J]. 建筑科學(xué),2014,09：56-60.

[3]白曉紅,楚留聲. 型鋼混凝土剪力墻抗震性能研究[J]. 四川建筑科學(xué)研究,2013,06：161-164.

[4]趙花麗,米旭峰,周先齊. 型鋼混凝土邊框組合剪力墻抗震性能有限元分析[J].廈門(mén)理工學(xué)院學(xué)報(bào),2016,01：75-80.

G322

B

1007-6344（2017）05-0340-02

王煒翰，男，1996年7月，學(xué)生,華北理工大學(xué)以升創(chuàng)新教育基地14級(jí)土木工程實(shí)驗(yàn)班，研究方向：預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究。

華北理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)x2016055）