左宏亮 候 建

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

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輕型木結(jié)構(gòu)剪力墻抗側(cè)性能研究綜述

左宏亮 候 建

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

介紹了輕型木結(jié)構(gòu)房屋的特點(diǎn)，從輕型木結(jié)構(gòu)剪力墻的構(gòu)造形式出發(fā)，分析了影響剪力墻性能的因素，并采用ABAQUS有限元軟件，模擬預(yù)測(cè)了剪力墻的抗側(cè)性能，為輕型木結(jié)構(gòu)剪力墻的研究提供了理論依據(jù)。

輕型木結(jié)構(gòu)，剪力墻，ABAQUS，抗側(cè)性能

0 引言

木材是一種綠色、環(huán)保、低碳、可重復(fù)利用且質(zhì)量輕、強(qiáng)度好的建筑材料。用木材建造的木結(jié)構(gòu)房屋造型美觀、保溫防潮。而輕型木結(jié)構(gòu)因?yàn)楣I(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化施工而廣受喜愛。輕型木結(jié)構(gòu)房屋是指由木框架剪力墻、木樓蓋和屋蓋通過節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系，主要用于3層或3層以下的建筑，木結(jié)構(gòu)剪力墻作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，既承擔(dān)由樓板傳遞的豎向荷載，也要承擔(dān)水平風(fēng)荷載和地震作用。

輕型木結(jié)構(gòu)剪力墻由規(guī)格材形成的頂梁板、底梁板、墻骨柱和由板材形成的覆面板通過釘子釘接而成。影響墻體抗側(cè)性能的因素有很多，本文系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外對(duì)木剪力墻的研究現(xiàn)狀，包括墻體試驗(yàn)研究及墻體的有限元分析。

1 木剪力墻研究現(xiàn)狀

影響墻體抗側(cè)性能的因素很多，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)影響墻體性能的很多因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究，現(xiàn)將研究現(xiàn)狀總結(jié)如下。

1.1 剪力墻構(gòu)造的影響

輕型木結(jié)構(gòu)剪力墻由規(guī)格材形成的頂梁板、底梁板、墻骨柱和由板材形成的覆面板通過釘子釘接而成。墻體的構(gòu)造如圖1所示。

1.1.1 覆面板材料

文獻(xiàn)[1]研究了不同覆面板材料對(duì)墻體抗側(cè)性能的影響，結(jié)果表明，采用國(guó)產(chǎn)膠合板墻體性能較好，可以代替OSB板，而采用國(guó)產(chǎn)花旗龍板的墻體性能較差。

1.1.2 墻骨柱間距

文獻(xiàn)[2]研究了墻骨柱間距的影響，結(jié)果表明，墻骨柱間距越小，墻體的抗側(cè)性能越好。

1.1.3 釘子種類和間距

文獻(xiàn)[3]對(duì)兩組分別使用圓射釘和鋼排釘?shù)募袅M(jìn)行了單調(diào)及往復(fù)試驗(yàn)，對(duì)比不同釘子的作用效果。文獻(xiàn)[2]研究了釘子間距的影響，結(jié)果表明，釘間距減小，墻體的抗剪強(qiáng)度增大，但增加的不多；釘間距增大，墻體抗剪強(qiáng)度減小，極限位移增大。

1.1.4 抗傾覆措施和墻體高寬比

文獻(xiàn)[4]研究了墻角抗傾覆措施和高寬比對(duì)抗側(cè)性能的影響，結(jié)果顯示，有墻角錨固構(gòu)件，墻體的強(qiáng)度和剛度均較大，寬度和墻體的性能參數(shù)呈正比。

1.1.5 有無洞口的影響

文獻(xiàn)[5]對(duì)不同構(gòu)造的剪力墻進(jìn)行了單調(diào)試驗(yàn)，研究墻體開洞的影響。結(jié)果表明，開洞墻體的承載力明顯低于沒有開洞的墻體。

1.2 試驗(yàn)方案影響

試驗(yàn)方案如圖2所示。

1.2.1 加載方式

文獻(xiàn)[6]對(duì)同一尺寸的剪力墻進(jìn)行了往復(fù)加載和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)力試驗(yàn)下的墻體性能優(yōu)于偽靜力試驗(yàn)，認(rèn)為是在由于動(dòng)力荷載下釘節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度較高導(dǎo)致。

1.2.2 荷載傳遞梁

文獻(xiàn)[7]研究了三種類型的荷載傳遞梁對(duì)剪力墻抗側(cè)性能的影響。結(jié)果表明，相比于鉸接荷載傳遞梁，增加剛性鋼梁可提高墻體抗剪強(qiáng)度；相比于鉸接和剛性梁，采用平面外荷載傳遞梁的梁抗側(cè)剛度明顯較小。

1.2.3 有無豎向荷載

Schmid等人研究了豎向荷載對(duì)墻體性能的影響，認(rèn)為豎向荷載可以提高剪力墻的性能。文獻(xiàn)[8]研究了豎向荷載對(duì)墻體的影響，認(rèn)為豎向荷載可以起到和墻角錨固構(gòu)件類似的作用，可以減小墻骨柱的上拔量，提高墻體的抗剪強(qiáng)度。

1.3 其他因素影響

文獻(xiàn)[1]研究了剪刀撐對(duì)墻體的影響，結(jié)果表明，剪刀撐可以減少墻骨柱的上拔量，提高墻體剛度，減小墻體的極限位移。

以上研究從木剪力墻的構(gòu)造形式出發(fā)，分析了各個(gè)因素對(duì)剪力墻性能的影響，為木剪力墻的選材提供了參考。

2 木剪力墻的有限元分析

近幾十年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，學(xué)者們對(duì)大量墻體進(jìn)行了有限元分析。例如，文獻(xiàn)[9]用ABAQUS對(duì)墻體進(jìn)行建模分析，可以很好的模擬和預(yù)測(cè)剪力墻的性能。文獻(xiàn)[5]用ABAQUS對(duì)木剪力墻建立二維模型進(jìn)行模擬，得出的模型精度較高，且預(yù)測(cè)了不同面板墻體的性能。文獻(xiàn)[10]用ABAQUS對(duì)剪力墻進(jìn)行有限元模擬，研究有無開洞對(duì)墻體性能的影響，通過與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證模型的精確性。文獻(xiàn)[11]采用有限元軟件SAP2000和ABAQUS對(duì)木剪力墻模擬分析，如圖3所示，并且對(duì)比了2種分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果，比較了2種模型的精確度。文獻(xiàn)[12]用ABAQUS對(duì)木剪力墻建立二維模型進(jìn)行有限元分析，得到模擬后的荷載—位移曲線，通過與試驗(yàn)曲線對(duì)比，驗(yàn)證模型的精確度，并對(duì)由于經(jīng)費(fèi)、時(shí)間問題未做試驗(yàn)的分組進(jìn)行模擬。

總結(jié)上述學(xué)者利用有限元軟件對(duì)墻體的分析可得，一般用梁?jiǎn)卧M墻骨柱，用平面應(yīng)力單元模擬面板，用非線性彈簧單元模擬釘節(jié)點(diǎn)連接。以上研究可以為木結(jié)構(gòu)剪力墻的學(xué)術(shù)研究和工程實(shí)踐提供參考。

3 結(jié)語

輕型木結(jié)構(gòu)房屋因其造型美觀、施工便捷及節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，而在國(guó)內(nèi)外廣受歡迎。輕型木結(jié)構(gòu)剪力墻作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，有很大的研究空間。

本文對(duì)木剪力墻國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，包括試驗(yàn)和有限元模擬分析，進(jìn)行的歸納總結(jié)，可以得出以下結(jié)論：

1)就剪力墻組成而言，釘間距小、墻骨柱間距小，未設(shè)置洞口，設(shè)置了墻角錨固構(gòu)件，此類墻體的抗側(cè)性能越好。

2)就加載方案而言，施加動(dòng)力荷載的墻體性能優(yōu)于施加偽靜力或靜力荷載的墻體；采用剛性橫梁作為加載梁，墻體性能更能充分發(fā)揮；施加豎向荷載可相當(dāng)于設(shè)置墻角錨固構(gòu)件，可以約束墻骨柱的上拔。

3)剪力墻的有限元分析模擬，可以預(yù)測(cè)剪力墻的抗側(cè)性能，可基于分析模擬，對(duì)更多工況下的墻體進(jìn)行分析。

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[12] 張立征.小徑木墻骨剪力墻抗震性能研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

Study on lateral performance of light-wood structure shear wall

Zuo Hongliang Hou Jian

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

With an introduction of light-wood structure house features, starting from the structural pattern of light-wood structure shear wall, the paper analyzes factors influencing shear wall performance, and simulates and predicts shear wall lateral performance by applying ABAQUS finite element software, which has provided theoretical basis for studying light-wood structure shear wall.

light-wood structure, shear wall, ABAQUS, lateral performance

1009-6825(2017)06-0049-02

2016-12-17

左宏亮(1964- )，男，教授； 候 建(1991- )，女，在讀碩士

TU366.2

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