王煒翰 盧文楓 趙 鑫 謝涵霖

（華北理工大學 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 河北 唐山 063210）

針對型鋼混凝土剪力墻的基本結(jié)構(gòu)，對其抗震性能進行了分析，采取了模型分析的基本方式，對混凝土剪力墻抗震性能進行了總結(jié)分析，核心目的是通過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)運行及發(fā)展的過程中，人們對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，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，當其側(cè)向剛度的框支以及相鄰層處于突變的現(xiàn)象，會對型鋼混凝土剪力墻抗震性能造成一定的制約。通過研究發(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)階段建筑工程設計中，需要將型鋼混凝土剪力墻抗震性能作為研究基礎，通過對《建筑抗震設計規(guī)范》的分析，提升建筑企業(yè)的抗震性能，提出建筑設計的抗震設計項目，從而為建筑工程的穩(wěn)定運提供支持。

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)，該工程項目設計的使用年限在50年內(nèi)，設計之初將其抗震防烈度設計為7度。研究中設基本的地震加速度為0.1g。地震分組為第一組，而場地分組為第二組，其中場地的特定周期（Tg）為0.35s，該工程中的抗震設計主要為丙類工程，工程項目的安全等級為二級?？拐鹪O計人員將建筑的第十六層設計為避難場所，而且，在轉(zhuǎn)換層設計的過程中，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）對不同剪跨比的型鋼混凝土抗震性能進行了分析。

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)運用中是對原有TRUSS單元模擬技術(shù)的改進及創(chuàng)新，通過該種技術(shù)的運用，可以有效提升型鋼混凝土剪力墻抗震性能的科學判斷，滿足抗震建筑工程設計的基本需求，為建筑工程穩(wěn)定性的設計提供良好依據(jù)。當在應用ADINA技術(shù)形式時，可以實現(xiàn)建筑工程文件系統(tǒng)的自動性生成，同時也能夠在求解文化使用中，保證鋼筋單元程序的自動化生成，并實現(xiàn)對剪力墻抗震系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，為鋼筋單元的自動化生成提供有效以及。而且，在TRUSS單元結(jié)構(gòu)運用中，可以自動生成程序系統(tǒng)，并通過模塊的合理劃分，實現(xiàn)對混凝土分單元的分離，在該種背景下，可以合理選擇鋼筋應力-應變關(guān)系曲線圖的模塊設計。

在分析模型參數(shù)選擇及分析的過程中，會使用 Line Searches工程項目方法，進行輔助性的數(shù)據(jù)驗收，而且，計算中會采用Full Newton方法，充分保證數(shù)據(jù)運用的合理性。同時，在鋼筋應力-應變關(guān)系曲線圖模型構(gòu)建中，混凝土的峰值數(shù)據(jù)為0.002，極限壓力則為0.04，通過這些計算方式、數(shù)據(jù)驗收、基礎數(shù)據(jù)內(nèi)容的分析，可以實現(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，滿足一次性施加剪力墻頂面設計的基本需求。在對計算機處理功能分析的過程中，計算機對于數(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)容計算中，需要對墻面工程進行穩(wěn)定計算，保證對三種墻面位移計算的準確性。但是，在剪力墻潔面設計算中，需要進行收斂結(jié)構(gòu)的計算，完善對曲線或是平均值的計算。具體的曲線圖如圖一所示。需要注意的是，在求解以及誤差分析中，需要為0.01。通過對圖一曲線變化分析可以發(fā)現(xiàn)，當數(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)件長度取值分析中，其所選擇的長度主要為450mm，通過對模型分析，需要將其剪力跨度按照λ =1，2，3 的狀態(tài)進行分類。

圖一 算例荷載-位移曲線圖

通過對型鋼混凝土構(gòu)件狀態(tài)的分析，需要通過對剪力墻邊緣構(gòu)件鋼綠反應狀況的分析，實現(xiàn)對剪力墻承載力、變形能力等內(nèi)容的綜合性分析，但是，在含鋼率狀態(tài)相對較小時，需要使用型鋼混凝土構(gòu)件，并通過對我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展狀態(tài)的分析，進行混凝土構(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，需要通過對我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展狀態(tài)的分析，確認混凝土的整體性能，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)工程設計人員在剪力墻抗震性能分析中，進行含鋼量變化問題的分析，提升工程項目的設計理論，從而為混凝土、鋼筋以及型鋼單元模塊的設計提供有效支持。同時，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，實現(xiàn)對邊緣構(gòu)件中型鋼離散鋼筋的科學處理，滿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

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

第一，通過對圖二（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)加載初期的各個構(gòu)建荷載-位移曲線呈現(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。當軸壓比逐漸增大時，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)，在曲線達到了極限荷載狀態(tài)時，會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，當軸壓比逐漸增大時，建立墻的承載力也就不斷提高，但是，在該種背景下，其增長的幅度會隨著軸壓比的增加呈現(xiàn)出緩慢增長的確實。如，當軸壓比為0.4時，與之相對應的極限承載力與上一級的承載力相比，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較大，因此，在該種背景下，需要通過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有限的。與此同時，在混凝土結(jié)構(gòu)設計中，當其遇到地震作用時，核心筒體會較早的進入到彈塑性中，在較好塑性形變階段分析中，實現(xiàn)水平剪力的科學分布，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)對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，需要通過對混凝土結(jié)構(gòu)中剪力墻形變力的要求分析，實現(xiàn)對工程項目承載力的系統(tǒng)優(yōu)化，從而實現(xiàn)對混合結(jié)構(gòu)中軸壓比大小的有效控制[3]。

第二，通過對圖二（b）曲線變化的分析可以發(fā)現(xiàn)，混凝土等級在相對較高的背景下，其剪力墻需要在加載開始達到極限承載力的狀態(tài)，而且，在整個過程中，該階段的承載力都相對較好。所以，在現(xiàn)階段混凝土工程項目設計中，需要通過對墻體裂開荷載、屈服荷載等彈性階段的項目性能進行有效控制，提升彈性階段的結(jié)構(gòu)性能。對于曲線圖中的下降階段而言，混凝土等級相對較低，而且，其墻體的下降段曲線趨于平緩，從而表現(xiàn)出較強的變形能力。但是，在實際工程項目結(jié)構(gòu)分析中，其形變能力需要按照位移角進行位移角的確定，通過對混凝土強度位移進行減小分析，并提升工程內(nèi)容的剪跨比，在剪跨比中，其變化過程相對明顯。在混凝土強度提高中，需要對位移角減小程度分析，使剪跨比在加大狀態(tài)下，需要對剪力承載等級進行系統(tǒng)性的分析，強化混凝土等級強度的變化，實現(xiàn)對高層混合結(jié)構(gòu)形變空間能力的分析。在綜合性混凝土強度以及等級剪力承載力發(fā)內(nèi)線中，需要對其形變能力進行系統(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)等級確定中，需要對混凝土承載力結(jié)構(gòu)進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）曲線變化分析中，需要在曲線大大極限承載力之前，其曲線集合重合，這也就意味著墻體配筋率對其承載力的影響相對較小，因此，在各個曲線的到達極限承載狀態(tài)之后，就需要增加配筋率對承載力的抑制作用，在配筋率增加時，實現(xiàn)曲線的緩慢下降。在該種剪力墻明顯增加的狀態(tài)下，其中的λ =2 和、λ=3 的剪力墻沒有明顯的規(guī)律性。

第四，在圖二（d），在三組剪力墻曲線在最大水平狀態(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在0.24-0.4之間變化時，其構(gòu)建承載力以及形變能力的提高指標會在0-0.24的范圍內(nèi)，因此，在對剪跨比不同剪力墻分析中，其承載力以及變形能力會受到不同的影響，從而對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-位移曲線變化

結(jié)束語：

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，實現(xiàn)對抗震性能的有效提升，并在此基礎上達到承載力及形變力區(qū)域平緩的狀態(tài)。

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

2.在邊緣約束構(gòu)建對剪力墻極限位移角提高的作用下，需要對不利影響因素進行系統(tǒng)性的分析，保證含鋼率對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)定性提升對剪力墻穩(wěn)定控制的整體作用。

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

[2]魏翔. 預應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,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].廈門理工學院學報,2016,01：75-80.

G322

B

1007-6344（2017）05-0340-02

王煒翰，男，1996年7月，學生,華北理工大學以升創(chuàng)新教育基地14級土木工程實驗班，研究方向：預制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)研究。

華北理工大學大學生創(chuàng)新訓練計劃項目（項目編號x2016055）