郭 秀 芹

(西安交通大學(xué)城市學(xué)院，陜西 西安 710018)

在豎向荷載作用下，框架和砌體剪力墻共同承擔豎向荷載[1，2]。砌體剪力墻的豎向承載能力相對較強，能夠負擔較大比例的豎向荷載[3]。豎向荷載在框架和砌體剪力墻間軸力分配與框梁抗彎剛度、砌體墻剛度以及梁柱線剛度有關(guān)。因此本論文主要研究梁截面高度、柱截面高度、砌體墻跨度對單跨多層混合結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下框、墻協(xié)同工作機理，主要是軸力分配關(guān)系的影響。

荷載和邊界：各層施加的荷載值相同，且是以均布荷載的形式施加在結(jié)構(gòu)各層頂部。模型的底部均看作是固定端，所以約束底部所有節(jié)點的所有自由度[4]。

1 有限元模擬實驗分組

本節(jié)研究梁截面高度、柱截面高度、砌體墻高度對豎向均布力作用下單跨兩層混合結(jié)構(gòu)的框、墻協(xié)同工作性能的影響。

本節(jié)采用半分離式有限元模型進行研究[5，6]，具體模型見圖1，模型數(shù)據(jù)見表1。本節(jié)忽略鋼筋對抗壓的貢獻，只考慮梁縱筋及箍筋的影響，梁頂和梁底配置通長2φ16，箍筋采用φ8@100。模型中混凝土砌塊砌體采用劉桂秋本構(gòu)模型[7]，灌芯混凝土采用混凝土規(guī)范推薦本構(gòu)模型，鋼筋還是理想彈塑性模型，有關(guān)參數(shù)見表2。

表1 豎向力作用下單跨兩層模型數(shù)據(jù)表

表2 豎向力作用下單跨兩層模型材料參數(shù) MPa

計算結(jié)果見表3。

2 計算結(jié)果分析

A組模型僅梁截面高度發(fā)生變化。梁截面高度的變化將會影響梁的截面抗彎剛度，進而影響梁的線剛度，從而影響框架柱和砌體墻間的軸力分配。隨著梁截面高度的增大，二層柱的軸力分配系數(shù)將會增大，一層柱的軸力分配系數(shù)也會增加，具體的軸力分配系數(shù)關(guān)系見圖2。由于二層的力往一層傳遞，使得一層的軸力明顯大于二層，且一層柱的軸力會隨著梁截面高度的增大而增加，但是增加并不顯著，由表3可以看出,傳遞分配比λ的值隨著梁截面高度的增大略微增加。正是由于傳遞分配比λ值的增加致使圖2中的一層和二層軸力分配系數(shù)的兩條線慢慢背離。所有值的變化都不大也說明梁截面高度對框架、砌體墻協(xié)同工作性能的影響不大。

表3 豎向力作用下單跨兩層模型的軸力計算結(jié)果

B組模型(包括2_A1)僅柱截面高度發(fā)生變化。柱截面高度的變化將會直接影響柱的面積和剛度，進而影響框架柱和砌體墻間的軸力分配。隨著柱截面高度的增大，二層柱的軸力分配系數(shù)將顯著增大，一層柱的軸力分配系數(shù)也跟著顯著增加，柱截面高度由300 mm增加到450 mm時，柱軸力分配系數(shù)由47.6%增加54.8%，增加7.2%，可以得出柱截面高度對框架、砌體墻協(xié)同工作性能的影響大，具體關(guān)系見圖2。同樣二層的力往一層傳遞，使得一層的軸力明顯大于二層，且一層柱軸力會隨著柱截面高度的增大而增加，增加很顯著，通過表3可以看出，傳遞分配比λ的值也隨著柱截面高度的增大而線性顯著增加。也是因為傳遞分配比λ值的線性增加使得圖2中的一層和二層軸力分配系數(shù)的兩條線逐漸分開。

C組模型(包括2_A1)僅砌體墻高度發(fā)生變化。砌體墻高度的變化將會微弱影響框架柱和砌體墻間的軸力分配。隨著砌體墻高度的增大，二層柱的軸力分配系數(shù)將會略微增大，一層柱的軸力分配系數(shù)也跟著稍微增加，具體的軸力分配系數(shù)關(guān)系見圖2c)。通過表3可以看出，二層的力往一層傳遞，一層的軸力會大于二層，一層柱的軸力會隨著砌體墻高度的增大而增加，但是增加并不大，傳遞分配比λ的值隨著砌體高度的增大也是略微增加，可以忽略不計。但是由于λ的值的微微增加致使圖2中的一層和二層軸力分配系數(shù)的兩條線有遠離的趨勢。所有的值的變化都很小說明砌體墻高度對框架、砌體墻協(xié)同工作性能的影響很不顯著。

3 結(jié)語

從以上分析可以看出，影響二層柱軸力分配系數(shù)的最顯著因素是砌體墻跨度和柱截面高度，這兩者的變化都在7%左右，其次是砌體彈性模量，梁截面高度和砌體墻高度的影響都很小。但對傳遞分配比λ的影響最大是柱截面高度，其次砌體墻跨度，彈性模量、梁截面高度和砌體墻高度的影響都較小。