摘要:通过对计算理论和不同跨高比连梁结构模型的受力分析,找出更合理结构形式,以更准确的得出配筋结果。
关键词:剪力墙;连梁;抗震
1.引言
现代的结构受力体系中,剪力墙结构是抵抗地震作用、风荷载等水平荷载最有效的一种结构形式。其抗侧刚度大、抗震性能好、装修时不漏壳、尤其在汶川地震中的没有倒塌的记录,广泛被应用于各种高低层住宅类建筑中。在早期剪力墙设计中,其考虑的重点怎么提高混凝土墙身材料强度及整体的抗侧刚度,这直接导致其结构的混凝土用量增多,结构自重大。根据牛顿第二定律:
F=ma
地震来的时候,地震加速度a的一定的,质量m越大,地震力F也就越大。因此在对剪力墙结构设计的不断的探索过程中,研究的重点变成如何提高剪力墙的延性和耗能上来,使剪力墙结构在大震来临的时候,让耗能构件能够吸收更多的能量,使其局部破坏,消耗地震能量,而保证整体结构不被破坏。连梁就是一个很好的耗能构件。
2.连梁耗能工作原理及受力特点
剪力墙在地震力和风荷载等水平荷载作用时,混凝土墙除受竖向荷载外,还会受附加的弯矩、剪力和轴力,从而使墙体出现弯曲变形。由于建筑功能开窗、开门等的需要,剪力墙不可能是完整连续的,2片剪力墙之间需要用连梁或者框架梁来连接。由于连梁跨高比较小,对2片剪力墙有很大的约束作用,但在不同位置的剪力墙受到的地震力大小、变形是不一样,就会使连梁产生比较大的变形。而剪力墙的刚度又远远大于连梁的刚度,那么使之相连的连梁就会受到因剪力墙变形而带来的转动,两端会产生较大的转角,此时在连梁两端位置就产生了塑性铰。塑性铰的产生标志着连梁进入弹塑性受力阶段,随着水平力的不断增加,塑性铰随之扩展,直至破坏为止。
在墙肢与连梁的相互作用下,连梁会产生较大的约束弯矩与剪力,约束弯矩与剪力在梁端方向相反。框架梁由于跨高比较大,即对2片墙的约束有限,通过构造措施就可抵抗产生的附加弯矩、剪力和轴力。在剪力墙结构的受力模型中,根据刚度分配原则,连梁所受竖向荷载很少,主要是以水平力为主,这也是为什么要求连梁上下皮钢筋都通长的原因。
3.实例
取大连普兰店某剪力墙结构民用住宅,地下1层,地上13层,层高为3.000m,建筑总高度40.90m。剪力墙墙厚200mm。抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.20g,设计地震分组为第一组,抗震等级为二级。对跨高比分别为2.75,2.5和2.25的连梁进行计算,采用计算软件为PKPM。
不同的跨高比连梁经过计算后,得出的总信息如下
(1)周期比
由上表可以看出,不同跨高比的计算模型在周期上基本基本相同,随着跨高比的减小,周期减小,说明其刚度有所增加。相同振型下的扭转系数基本相同。
(2)刚重比
由上表可以看出,当连梁跨高比减小时,结构的整体稳定性增强。
(3)层间最大位移
由上表可以看出,当连梁跨高比减小时,结构的层间最大位移减小,说明结构的整体刚度增加。
(4)间位移角比
由上表可以看出,当连梁跨高比减小时,层间位移角减小。
(4)结构最大剪力比
由上表可以看出,当连梁跨高比减小时,结构的底部剪力最大,说明他吸收的地震力大。
4.结论
通过对不同跨高比的连梁计算后的结果对比分析得出:
(1)连梁的高跨比对结构整体周期的影响不大。
(2)连梁的跨高减小时,结构的整体稳定性增强,减小剪力墙连梁的跨高比,可以提高结构整体稳定性。
(3)连梁的跨高减小时,增加了结构的整体刚度,减小结构的最大位移。
(4)连梁的跨高减小时,结构的最大层间位移角也会随之减小。
因此在相同条件下,小跨高比连梁的结构在抵抗地震荷载时表现更好。