短肢剪力墻新型結(jié)構(gòu)受力性能分析

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1、http://www.paper.edu.cn短肢剪力墻新型結(jié)構(gòu)受力性能分析楊正華，梁炯豐華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，南昌（330013）E-mail：kewinyang@163.com摘要：本文根據(jù)聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)和壁式框架結(jié)構(gòu)的定義，推導(dǎo)出在墻肢截面尺寸一定時(shí)，聯(lián)肢墻和壁式框架連梁截面高度的取值范圍。結(jié)合算例，通過(guò)對(duì)相同墻肢截面的聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)和壁式框架結(jié)構(gòu)的的內(nèi)力、位移分析，并且根據(jù)反彎點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響，提出了一種新的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系，克服聯(lián)肢剪力墻中墻肢彎矩大的缺點(diǎn)，同時(shí)又克服了壁式框架結(jié)構(gòu)體系中，連梁截面高度大的缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：短肢剪

2、力墻；壁式框架；內(nèi)力位移分析；算例中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TU3751.前言鋼筋混凝土短肢剪力墻是我國(guó)工程技術(shù)人員近年來(lái)提出的一種新型的抗側(cè)力構(gòu)件，在高層住宅結(jié)構(gòu)中得到了日益廣泛的應(yīng)用，建設(shè)部已將其列為一種新型的住宅體系加以推廣。這種結(jié)構(gòu)體系具有布置靈活，建筑功能容易滿(mǎn)足，結(jié)構(gòu)自重輕，它克服了普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱等缺點(diǎn)，很大程度上滿(mǎn)足了人們對(duì)住宅使用空間的要求，建筑上可以獲得良好的采光與通風(fēng)效果。我國(guó)現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)短肢剪力墻的定義為：短肢剪力墻是指墻5/8≤≤hb肢截面高度與厚度比（肢高厚比）為5~8的剪力墻。即短肢剪力墻應(yīng)滿(mǎn)足cw，

3、hbc為墻肢截面高度，w為墻肢截面的厚度。但是，由于這種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較晚，對(duì)它的研究不多，故目前工程界對(duì)短肢剪力墻的力學(xué)特征，抗震性能，設(shè)計(jì)方法還缺乏一致的看法。這已經(jīng)造成了短肢剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的混亂，許多高層住宅結(jié)構(gòu)由于開(kāi)洞過(guò)大，使得剪力墻墻肢過(guò)短，連梁高度過(guò)大，剪力墻設(shè)計(jì)上被設(shè)計(jì)成了扁柱，給結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性造成了不利影響，因此，明確短肢剪力墻的定義，并對(duì)其力學(xué)性能，破壞形態(tài)，動(dòng)力特征，抗震性能以及設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行系統(tǒng)研究，形成一套完整的設(shè)計(jì)理論，是建筑工程設(shè)計(jì)中急需解決的課題。東南大學(xué)程文瀼教授綜合考慮了整體小開(kāi)口墻，聯(lián)肢墻和壁式框架的受力性能，

4、從經(jīng)濟(jì)與安全的角度出發(fā)，提出應(yīng)將短肢剪力墻設(shè)計(jì)成聯(lián)肢墻。并提出用聯(lián)肢墻的整體性系數(shù)α和另一個(gè)表征墻肢強(qiáng)弱的系數(shù)，即墻肢系數(shù)Z來(lái)界定短肢剪力墻。根據(jù)筆者研究，對(duì)短肢剪力墻結(jié)構(gòu)提出下列三種方案：5/8≤hb≤1、聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)：除了墻肢截面尺寸滿(mǎn)足cw，同時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足：其整體參IA≤Z數(shù)α<10，I，Z為墻肢系數(shù)。這種結(jié)構(gòu)，墻肢的線(xiàn)剛度比連梁的線(xiàn)剛度大得多，連梁對(duì)墻肢的約束作用不強(qiáng)，各墻肢彎曲作用較為顯著，墻體的破壞一般都呈彎曲型，大多數(shù)樓層未出現(xiàn)反彎點(diǎn)，但是，側(cè)向荷載作用下墻肢彎矩較大，結(jié)構(gòu)整體性應(yīng)較整體小開(kāi)口剪力墻和壁式框架弱。為了克服聯(lián)肢剪力墻結(jié)

5、構(gòu)的不足，應(yīng)增加連梁對(duì)墻肢的約束作用，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，為此，將短肢剪力墻設(shè)計(jì)成壁式框架結(jié)構(gòu)。-1-http://www.paper.edu.cn5/8≤hb≤2、壁式框架結(jié)構(gòu)：除了墻肢截面尺寸滿(mǎn)足cw，同時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足：α>10，IA>ZI。這種結(jié)構(gòu)，墻肢與連梁剛度接近，即連梁剛度比較大，對(duì)墻肢的約束作用顯著，結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，墻肢在荷載作用下，明顯出現(xiàn)局部彎矩。剪力墻的內(nèi)力分布接近框架，只是由于壁柱和壁梁都較寬，梁柱交接區(qū)形成不產(chǎn)生變形的剛域，它的變形已很接近剪切型，在側(cè)向荷載作用下，以局部彎曲為主，幾乎每層墻肢都有反彎點(diǎn)。由于反彎點(diǎn)的出現(xiàn)很大程度

6、上減小了墻肢的彎矩，根據(jù)定義可知結(jié)構(gòu)的整體性較強(qiáng)，這對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能是非常有利的。3、新型結(jié)構(gòu)：由于壁式框架結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，連梁的剛度較大，因而連梁的截面高度一般較大，有時(shí)影響房屋凈高的要求，為此，提出一種新的結(jié)構(gòu)體系，即滿(mǎn)足下列條件：5/8≤≤hb墻肢截面尺寸滿(mǎn)足cwIATZ=>α<10，I這種結(jié)構(gòu)體系綜合聯(lián)肢墻和壁式框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，能減小連梁截面高度，又能降低墻肢內(nèi)的截面彎矩，因此是一種較為理想的結(jié)構(gòu)體系。2.公式推導(dǎo)[1]根據(jù)聯(lián)肢剪力墻結(jié)構(gòu)和壁式框架結(jié)構(gòu)定義，參考文獻(xiàn)推導(dǎo)連梁的高度的取值范圍如下：對(duì)于聯(lián)肢墻：2n26Hα=n+1∑Dii=1Th

7、ci∑Ii=12cI2!ibiD=i3aiIAT=I假設(shè)各連梁采用相同的跨高比，可得：n+12!αTI∑iIbii=1=3nai212HNc∑ii=1式中N——結(jié)構(gòu)的總層數(shù)n——結(jié)構(gòu)的總跨數(shù)a——墻肢間凈距ih——結(jié)構(gòu)層高cci——墻肢間形心間距Ii——分別為i墻肢截面面積、慣性矩-2-http://www.paper.edu.cnH——墻肢總高T——肢距系數(shù)I——剪力墻對(duì)組合截面形心的慣性矩k+1IAi=II?∑——各墻肢截面積對(duì)組合截面形心的面積2次矩之和i=1考慮連梁剪切變形的影響，則II!=bibi2hbi12.8+()ai13??n+1

8、??α22AT??(1)∑(μ?β)????ii??hbi=??i=1?可得：aiδ?n????12HNψλ??t∑2??????i??