短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在軟件分析中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

韓金

摘 要：針對(duì)剪力墻輸入存在的諸多問(wèn)題，分析了短肢剪力墻在電梯間等部位采用異形柱輸入的同時(shí)，還需對(duì)墻肢和連梁進(jìn)行節(jié)點(diǎn)剛域剛度放大并考慮剪切變形的影響，最后得出按照異形柱輸入模型后的軸壓比和抗震等級(jí)的參考值。

關(guān)鍵詞：剪力墻;剛度;數(shù)學(xué)模型

隨著高層建筑結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用理論更加成熟[1，2]。但住戶(hù)對(duì)住宅建筑的平面和空間使用要求逐漸提高，剪力墻的布置對(duì)建筑空間和結(jié)構(gòu)要求愈來(lái)愈高，這就要求高層建筑住宅中剪力墻的布置受到多種限制[3-4]。因此，結(jié)合PKPM在土木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件的模擬研究，短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在PKPM軟件分析中的應(yīng)用有必要進(jìn)行了分析與探討。

1 短肢剪力墻的研究現(xiàn)狀

工程應(yīng)用中，對(duì)短肢剪力墻研究較少，多以異形柱和一般剪力墻的試驗(yàn)結(jié)果和設(shè)計(jì)方法作為參考依據(jù)。但目前短肢剪力墻在中高層建筑中得到廣泛應(yīng)用，因此對(duì)中高層建筑中的短肢剪力墻的研究具有重要意義[5]。隨著專(zhuān)家和學(xué)者的不斷研究，短肢剪力墻有許多優(yōu)異的突破，大多數(shù)研究都是針對(duì)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)以及計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算[6]。

1.1 試驗(yàn)研究方面

短肢剪力墻多用于高層住宅樓，其結(jié)構(gòu)與普通剪力墻結(jié)構(gòu)相比具有除結(jié)構(gòu)核心區(qū)外的其余墻肢均可靈活布置，且房間內(nèi)無(wú)露梁露柱現(xiàn)象。短肢墻結(jié)構(gòu)中墻量較少，減輕了結(jié)構(gòu)自重和水平地震作用，降低了鋼筋混凝土用量。

程紹革等進(jìn)行了1/20縮尺的短肢剪力墻高層建筑模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)果表明多遇地震下較低樓層的外圍部分墻肢產(chǎn)生水平裂縫，罕遇地震下外圍底部墻肢出現(xiàn)貫通水平裂縫后發(fā)生彎曲破壞，孤立小墻肢破壞嚴(yán)重[7]。因此，短肢剪力墻在水平荷載作用下的抗彎承載力和抗剪承載力較弱，延性和耗能能力較差，嚴(yán)重制約了短肢剪力墻的應(yīng)用[8]。

1.2 計(jì)算機(jī)軟件模擬方面

短肢剪力墻的結(jié)構(gòu)布置方式靈活，墻肢可長(zhǎng)可短，故而高層住宅中廣泛運(yùn)用。但是，由于這種結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)布置不太規(guī)則，構(gòu)件形式較多，故建議采用有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算。SATWE是專(zhuān)門(mén)為多高層建筑結(jié)構(gòu)分析而研發(fā)的空間組合結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，適用于各種復(fù)雜體型的高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系計(jì)算。

周麗[9]采用三維分析方法對(duì)豎向構(gòu)件采用開(kāi)口薄壁桿模型進(jìn)行了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的TBSA軟件和SATWE軟件計(jì)算結(jié)果對(duì)比，結(jié)果表明TBSA軟件的計(jì)算結(jié)果不能正確反映實(shí)際受力情況，SETWE軟件的計(jì)算結(jié)果較為精確。高明濤[10]通過(guò)異形柱框架剪力墻結(jié)構(gòu)和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析，最終采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)，軸壓比、側(cè)移、扭轉(zhuǎn)及總高度限值等方面的均能滿(mǎn)足規(guī)范要求。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010認(rèn)為應(yīng)限制短肢剪力墻的應(yīng)用范圍。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在用PKPM進(jìn)行模型設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到短肢剪力墻布置情況較少時(shí)，一般采用直接布置剪力墻、程序自動(dòng)識(shí)別是否為短肢剪力墻的方法，PKPM2010版V2.2添加用戶(hù)強(qiáng)制指定短肢剪力墻功能來(lái)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要。如果剪力墻結(jié)構(gòu)中有個(gè)別小墻肢存在，不應(yīng)當(dāng)作短肢剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算，應(yīng)該作為一般剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算。

2 設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題及解決方案

彭飛等指出《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2010中“短肢剪力墻是指截面厚度不大于300mm，各肢截面高度與厚度之比的最大值大于4但不大于8的剪力墻”的定義方法存在一定問(wèn)題。因此計(jì)算時(shí)應(yīng)將節(jié)點(diǎn)看做短肢剪力墻和連梁的剛域。筆者建議電梯間部位的短肢剪力墻可采用壁式框架的計(jì)算方法。

《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ149-2017對(duì)異形柱抗震等級(jí)的規(guī)定和高規(guī)對(duì)A級(jí)高度的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的規(guī)定。抗震設(shè)計(jì)時(shí)短肢剪力墻抗震等級(jí)比剪力墻抗震等級(jí)提高一級(jí)。規(guī)范對(duì)異形柱的抗震等級(jí)要求低于短肢剪力墻的抗震等級(jí)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，把短肢剪力墻當(dāng)作異形柱輸入，在SETWE參數(shù)輸入模塊需要把電梯間處異形柱的抗震等級(jí)要按照短肢剪力墻的要求進(jìn)行修改。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）短肢剪力墻結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮連梁和洞口對(duì)其受力的影響，尤其是在電梯間等部位。

（2）PKPM軟件計(jì)算過(guò)程中按照異形柱輸入模型的同時(shí)需要注意節(jié)點(diǎn)剛域?qū)χ瓦B梁剛度的增加作用和剪切變形的影響，等效剛度取。

（3）按照異形柱輸入的模型，需要參照短肢剪力墻的抗震等級(jí)和軸壓比進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅玉良.中、小高層短肢剪力墻的受力性能和試驗(yàn)研究[D].東南大學(xué)，2005：1-49.

[2]黃衛(wèi)民.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系與應(yīng)用研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（27）.

[3]Rong Bai-sheng. Short-limb wall structural system in high residential construction.Journal of Building Structures， 1997（06）：14-19.

[4]Liu Wei，Wang Yu，Zhao Yu-jie.Experimental research of short-limb wall without flange subjected to cyclic loading. Henan Sciences，2003，21（04）：461-464.

[5]楊正華，張敏，李松峰.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析[J].華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，25（02）：16-21.

[6]容柏生.高層建筑中的短肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系[S].北京：第十四屆全國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)交流會(huì)，1996（10）.

[7]程紹革，陳善陽(yáng)，劉經(jīng)偉.高層建筑短肢剪力墻結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究[J].建筑科學(xué)，2000（01）：12-16.

[8]李杰，吳建營(yíng)，周德源等.L形和Z形寬肢異形柱低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2002（01）：9-15.

[9]周麗.高層住宅建筑中短肢剪力墻的運(yùn)用[J].煤礦設(shè)計(jì)，2000（07）：34-36.

[10]高明濤.短肢剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅設(shè)計(jì)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（06）：875-879.