短肢剪力墙结构的分析与设计

[关键词]异形柱 短肢剪力墙 力学模型 塑性极限分析 静力弹塑性分析

　　结合静力弹性分析结果和塑性极限的分析结果和塑性分析的结果，讨论了短肢剪力墙结构梁铰破坏机制形成的机理，研究了短肢剪力墙与梁截承载力比值和刚度比值与短肢剪力墙结构的关系，提出了短肢剪力墙实现梁铰破坏机制的设计途径。 

　　一、研究状况 

　　（一）异形柱构件 

　　异形柱是指柱肢截面高度和厚度比是3：4的T型、L型、Z型截面等截面柱体或者十字型的截面柱是由美国学者发明的，之后国内的一些学者对异性柱进行了理论研究，并得出了有一定价值的理论。 

　　近几年来国内对钢筋混凝土异形柱结构进行了大量的实验和分析，通过对十字结构截面混凝土在轴向力作用下进行了反复实验，研究了这种结构的变化规律，在此基础上采用全过程非线性的研究方法，编制了相应的验证程序，对结构的延展性进行了理论分析，最终提出十字型混凝土结构的计算方法，并对轴压比的结构提出了设计意见，混凝土的L形柱在不同水平放在不同荷载下进行试验，并分析了在不同方向对L型柱的强度和延展性，建立恢复性模型.y由于异形柱截面的不对称性在双向受力的情况下，截面中的轴要垂直作用面，它的位置随着截面的尺寸、混凝土强度、纵筋负载形式而改变，这就造成了实验研究的困难。 

　　对T型截面钢筋混凝土双向压弯的正截面承载力和延展性进行了实验对比，实现验证了混凝土在双向压弯的正截面的承受力进行了实验研究，验证平均应变的平截面的承载力和延展性进行比较，通过实验验证平均应变的截面在给理论模型中是否成立，通过反复循环加载研究了滞回特性和延展性在实验的基础上采用数值积分的方法进行电算分析，揭示了T型面钢筋混凝土双向压弯构件的截面承受能力和变化规律，验证截面钢筋混凝土双向压弯承受了和延展性，T型截面的延展性和承受能力和材料的强度和截面的质量都有关，在不同的条件下T型截面的延展性会有很大差异，在设计过程中最不利荷载对承受力的控制在实验中要考虑到纵筋锚固滑移和混凝土结构的关系，在实验的过程中可以采取数值的方法对异形柱的延展性进行全过程分析。并对三种截面的不同情况进行计算，比较得出的曲线，从而得到L性结构和T型结构的延展性，十字结构的截面双向压弯柱的变化规律是：随着轴压比的增大而减少的，随着荷载角的变化而变化，有一定的差异性；箍筋间距对异形柱的影响很大，减少箍筋间距，延展性会有明显提高，另外延展性还和纵筋的直径进和混凝土的强度有一定关系，可以采用非线性的研究方法进行研究，在试验的过程中要考虑到混凝土的机构关系和箍筋对延展性的影响，运用数值的研究方法对异形柱的的延展性进行分析，利用三种截面进行相关计算，在计算的过程中要考虑到和荷载角的问题，利用数值分析得出M-N曲线，从而发展延展性和受力的规律，要建立一种合理的钢筋混凝土模型，以曲率和截面为变化参数，采用数值的方法对钢筋混凝土的柱状结构进行非线性分析，得到弯矩和曲率，在得到的曲线基础上对混凝土的显性进行分析，得出变化规律并和得到的数值研究方法得到的变化曲线进行对比和两者的计算结果相比较，通过实验可以看出，利用数值方法分析异形柱的延展性可以得出构建力矩和曲率的关系，之后进行研究箍筋和轴压比等因素对异形柱的强度和延展性性能的影响，文章对破换异形柱的全过程进行了分析，并对影响因素探讨，对框架结构而言，柱的延展性可以有效的耗散地震的能量，能够防止框架的倒塌，对异形柱的稳定性有重要作用。 

　　轴压比是影响混凝土的重要指标，由于异性相互的剪力中心与截面不重合。剪应力可以使混凝土柱先于普通矩形轴的构建出现裂缝，产生腹剪破坏。异形柱的延展性要比矩形柱的延展性要低，所以对异形柱的延展性要严格控制，而且要严格控制异形柱的轴压比，一些学者异形柱的轴压比进行了研究但是没确定的结论，文章通过对异性柱的非线性分析，给出了轴压比的最大比值。 

　　二、短肢剪力墙的构件 

　　短肢剪力墙是指墙肢截面的高度和厚度之比在5：8的剪力墙，截面的厚度不能小于200mm，一般的剪力墙是指横截面的高度和厚度比在8的剪力墙，一般肢厚度可以取200-300之间，肢长在800-2500mm，布置在房间分隔墙的交点处，也可以再内墙和外墙的交接处，墙体转角处和外墙连接处，要根据阻力的大小和分隔墙相交的特点防止一定数量的短肢墙，并在各个墙肢间设置连梁，把这些墙组成一个整体。 

　　短肢强实质是异形柱过渡要剪力墙的一种间接形式，所以异形柱和短肢剪力墙要根据墙肢的厚度比和厚度比是4：1或者6：1的L型截面的短肢剪力墙配筋率对构件破环形态和极限荷载的影响，分析各种因素对延展性的影响，在实验的基础上得出异形柱的计算公式，并得出异形柱的一些结论。从实验中可以看出：横截面短肢剪力墙容易受到腹板剪板被破坏是因为截面两端有翼缘的缘故，抗弯力臂较大增加了截面的抗弯能力，剪力是依靠腹板来抵抗，翼缘对抗剪的作用不是很大，腹板的抗剪能力和截面的抗弯能力相比有一定的不同，在没有箍筋加密的区域中结构的剪力很容易被破坏，在6个截面短肢剪力墙中有5个剪力被破坏，另一个在是在剪切破坏阶段，增加箍筋配筋率，可以增加异形柱的抗剪承载力和延展性，在工程设计中对于墙肢高厚比在1：4型截面短肢剪力墙可以增加箍筋的密度，增加短肢剪力墙的承载能力可以很好改善延展性；截面短肢剪力墙，由于截面的不对称性；L形截面短肢剪力墙，由于截面的不对称，翼缘在一定的压力下对构件的抗弯强度有一定的提升作用，在实验中翼缘始终处于复压状态，对翼缘的截面剪力墙影响不大。 

　　三、短肢剪力墙结构体系 

　　在高层住宅中，由于房屋的高度增加，结构的层的刚度会明显增加，才能符合抗震性的要求，可以增大异形柱的横截面的面积，形成短肢剪力墙。短肢剪力墙和异形柱混合构成短肢剪力墙为主的结构体系，就是短肢剪力墙。 

　　短肢剪力墙的结构体系特点：短肢剪力墙结构和一般的住宅区，具有一些鲜明的特点：（1）在高层住宅中，和传统的框架的剪力墙结构体系相比，短肢剪力墙结构有很多优点：墙肢和梁能被隐蔽，结构布置灵活，短肢剪力墙的数量要依据抗力而定，数量不确定，肢体长短没有具体的规定，通过不同的尺寸调整刚度的中心位置，传统的框架剪力墙结构平面比较复杂，结构计算起来比较困难，短肢剪力墙结构体系受力计算比较简单。（2）在小高层住宅中和一般的剪力墙结构相比，短肢剪力墙有更高的承载能力。因为墙体过长会导致配筋的数量增加，增加剪力墙结构墙的刚度提升抗震性能。 

　　短肢剪力墙结构的静力弹塑性分析是实现基于性能的抗震性能的抗震设计方法的分析工具，文章主要对短肢剪力墙结构的破坏机制、形变过程、变形过程、结构延展性进行相关研究。首先要以主轴和副轴的等效为原则，同时要建立短肢剪力墙的弹性力学模型。 

　　参考文献 

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　　[3] 叶燎原，潘文.结构静力弹塑性分析（Push一over）的原理和计算实例[J].建筑结构学报.2012（11）. 

　　[4] 北京金土木软件技术有限公司，中国建筑标准设计研究院.SAP2000中文版使用指南[M]，人民交通出版社.2013.