向思明

摘 要:異形柱框架剪力墻結構由于具有空間布置靈活,受力合理的優(yōu)點,在高層建筑中得到了廣泛的應用。本文采用通用的有限元計算軟件,對異形柱框架剪力墻結構進行了分析,并探討了剪力墻在異形柱框架結構中的作用。

關鍵詞:異形柱框架;剪力墻;水平荷載;有限元法

中圖分類號:TU323.5

文獻標識碼:B

文章編號:1008-0422(2009)03-0137-02

1前言

異形柱框架剪力墻結構體系是把異形柱框架和剪力墻兩種結構共同組合在一起形成的結構體系, 房屋的豎向荷載分別由框架和剪力墻共同承擔,而水平作用主要由抗側剛度較大的剪力墻承擔,框架和剪力墻間以橫向構架連。異形柱框架剪力墻結構吸收了普通框架剪力墻結構和異形柱框架結構的優(yōu)點,具有整體性好,剛度大、側向變形小、抗風、抗震性能好的特點[1];并且還避免框架柱、梁在室內凸出,具有了增大建筑空間,墻面觀感好等優(yōu)點。因此,異形柱框架剪力墻結構體系在高層結構中得到廣泛應用[2-3]。

在側向荷載的作用下,異形柱框架的變形主要呈現(xiàn)為剪切型,而剪力墻則主要呈現(xiàn)為彎曲型,這兩種構件在樓板的約束下共同變形時,整個結構則呈現(xiàn)一種較為復雜的變形形態(tài)。因此,提出一種計算異形柱框架剪力墻結構的有效方法,具有非常重要的現(xiàn)實意義。

2有限元計算模型

某異形柱框架剪力墻結構布置如圖1所示,結構框架柱采用T形截面,框架梁采用矩形截面,層高2.8m,跨度4.8m。地震作用方向為水平方向,即在剪力墻中面上,設計基本地震加速度為0.1g。

根據(jù)結構的幾何尺寸,建立異形柱框架剪力墻結構的有限元計算模型,采用8結點的等參塊單元來模擬框架梁、柱及剪力墻結構。異形柱框架剪力墻結構有限元模型如圖2所示。在設定單元參數(shù)時,異形柱框架剪力墻結構的梁、柱及剪力墻混凝土強度等級采用C30,混凝土彈性模量Ec=30GPa,泊松比μ=0.167[4]。

3異形柱框架剪力墻分析

3.1 計算方案

為了體現(xiàn)異形柱框架剪力墻結構的受力特點,下面考慮了兩種計算方案,并把兩種計算方案的計算結果進行了比較。計算方案一:異形柱框架結構,計算方案二:異形柱框架剪力墻結構。

3.2 指定路徑上的位移、應力計算

表1中給出了兩種計算方案在路徑1、路徑2上各點的橫向位移ux和豎向應力σz值,路徑1、路徑2上各點位置的示意圖如圖1所示。

從表1可以看出,方案一下框架路徑1上的最大橫向位移為18.86mm,方案二下框架路徑1上的最大橫向位移為0.76mm,由此可以看出剪力墻對框架結構抵抗側移變形的巨大作用,特別是在高層建筑結構中,這種作用就更加顯著了。但兩種計算方案得到的豎向應力值相差不大,并且主要是壓應力,這是由于考慮了結構自重的影響。

3.3 結構的橫向位移

為了研究兩種計算方案中結構的位移分布規(guī)律,圖3和圖4給出了兩種計算方案下結構的位移矢量圖。

從圖3和圖4中可以看出,異形柱框架結構的位移最大值為19.09mm,方向基本為水平向右。異形柱框架剪力墻結構的位移最大值為1.04mm,方向為水平向右偏下,這主要是異形柱框架、剪力墻在自重和地震共同作用下產(chǎn)生的。

3.4 結構的位移、應力變化曲線

圖5和圖6給出了兩種計算方案下在路徑1上橫向位移和豎向應力的變化曲線。

從圖5中可以看出,異形柱框架剪力墻結構的位移要比異形柱框架結構的位移小得多,這也充分說明剪力墻發(fā)揮了巨大的抵抗剪切變形能力,這說明在高層建筑中采用剪力墻抵抗水平荷載效果是非常明顯的。從圖6中可以看出,兩種計算方案的豎向應力相差不大,但異形柱框架剪力墻結構的豎向應力沿路徑1變化平緩,而異形柱框架結構的豎向應力沿路徑1變化較劇烈,這也說明了剪力墻能夠使框架的應力分布變得較為平緩,有利于結構受力。

4結語

綜上所述,無論是從結構布置得靈活性,還是從結構的受力角度來分析,異形柱框架剪力墻結構是一種非常合理的體系。剪力墻結構能夠有效地抵抗水平荷載產(chǎn)生的側移量,這在高層結構中顯得尤為重要,得到了廣泛的應用。

參考文獻:

[1] 葉海東,武力.框架剪力墻結構在水平荷載作用下的側移計算[J].山西建筑,2005(18):61-62.

[2] 林立,陳洋.異形柱框架剪力墻結構在高層住宅中的應用[J].設計研究,2008(1):49-50.

[3] 王建中.框架剪力墻結構變形計算方法探析[J].淮海工學院學報,1999(1):51-53.

[4] GB50010-2002.混凝土結構設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.