连梁刚度对不等肢剪力墙刚度的影响研究

刘飞姣 杨宗仁

(1.山西水利职业技术学院建筑工程系 山西运城 044000； 2.中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司新能源工程分公司 山西太原 040001)

连梁刚度对不等肢剪力墙刚度的影响研究

刘飞姣1杨宗仁2

(1.山西水利职业技术学院建筑工程系 山西运城 044000； 2.中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司新能源工程分公司 山西太原 040001)

针对实际工程中出现的钢筋混凝土不等肢剪力墙结构的现状，文章利用软件MIDAS GEN8.0有限元分析软件建立了双肢不等肢剪力墙有限元模型，对连梁与不等肢剪力墙肢刚度的关系进行了静力弹塑性分析，并深入研究了影响因素，分析结果表明：连梁、小墙肢的刚度越大，其整体受力体系刚度越大。

连梁刚度；不等肢剪力墙；MIDAS

0 引言

剪力墙是多高层结构体系中其抗侧力体系的重要组成部分，为满足各种使用功能，需在剪力墙上开设门、窗等结构洞，于是就形成了联肢剪力墙结构。各墙肢间由连系梁相连，连梁的刚度、强度及变形性能对联肢剪力墙结构的抗震性能有很大的影响[1]。常为华，张相勇[2]等采用近似理论揭示了连梁刚度与墙肢刚度在结构内力分布中起到的作用及相互之间的关系和影响。刘伟，王娱[3]等通过低周反复荷载试验研究了双肢短肢剪力墙的抗震性能。

在现实高层建筑结构中，双肢不等肢及多肢不等肢墙肢占绝大多数，为更好研究连梁与不等肢墙肢刚度之间的规律，本文利用MIDAS /GEN分析软件模拟分析连梁的刚度与不等肢连肢墙抗震性能的关系[4]。在结构设计方面,MIDAS/GEN 全面强化了实际工作中结构分析所需要的分析功能[5]。通过在已有的入索单元、钩单元、间隙单元等非线性单元，结合施工阶段、时间依存性、几何非线性等最新结构分析理论，从而计算出更加准确和切合实际的分析结果[6]。此研究对现实结构设计有着重要的实际指导意义。

1 有限元分析模型的建立

基于本文研究连梁刚度对不等肢剪力墙刚度的影响规律，本文建立一个6层双肢不等肢剪力墙结构分析模型。模型总高度18.0m，层高均为3.0m，模型平面、立面如图1～图2所示。图中L1的截面宽度为200mm，高度为400mm ～1600mm； L2截面尺寸为200mm～500mm。本模型墙体混凝土等级均为C30，墙厚为200mm，不考虑楼板的影响。工程所在场地抗震设防烈度为7度，第一组抗震等级为二级。

图1 不等肢剪力墙平面图

图2 不等肢剪力墙模型立面图

本模型中一侧剪力墙墙肢为L形带翼缘，本墙肢墙肢高2000mm，翼缘高800mm，墙肢及翼缘高度均保持不变，为下文表述方便简称为大墙。另一侧墙肢亦为L形带翼缘，翼缘高同大墙，墙肢高度参数如表1所示；为下文表述方便称为小墙。表 1中以小墙的墙肢高度命名，例如墙肢SD1800表示大墙肢高2000mm，翼缘高800mm，小墙肢高1800mm，翼缘高800mm。通过模型中结构Y向周期、位移的规律来研究连梁的刚度与不等肢连肢墙抗震性能的关系。

表1 不等肢墙肢参数 m

2 计算结果分析

2.1 不等肢墙肢

不等肢剪力墙是指两墙肢的截面高度不一样，为便于分析，墙肢中大墙肢截面高度取2000mm，连梁及小墙肢的截面高度作为变量。表 2为SD1800的周期位移表，图3～图5分别为不等肢墙SD1200、SD1400、SD1800连梁与墙肢刚度比与Y向位移关系曲线。

刚度比(连梁/大墙)位移/刚度/(连梁/大墙)

刚度比(连梁/大墙)位移/刚度(连梁/小墙)图3 不等肢(SD1200)不同刚度比的位移图

刚度比(连梁/大墙)位移/刚度/(连梁/大墙)

刚度比(连梁/大墙)位移/刚度(连梁/小墙)图4 不等肢(SD1400)不同刚度比的位

刚度比(连梁/大墙)位移/刚度/(连梁/大墙)

刚度比(连梁/大墙)位移/刚度(连梁/小墙)图5 不等肢(SD1800)不同刚度比的位移

由图3～图5中结构不同截面连梁下结构位移曲线图可知：模型位移与连梁及大、小墙肢刚度比变化规律一致，均为越大而越小；从曲线的变化规律不难得知刚度比越大位移变化越平缓。

对比图3～图5中连梁与不同墙肢组合下墙肢的刚度比可知：小墙肢截面较大的结构其在相同的刚度比条件下位移越小，即结构的刚度越大；连梁与小墙肢刚度比为1附近时，3种墙肢在曲线的变化率仅为初始变化率的3%～5%，且墙肢越小变化越明显。

表2 不等肢墙肢SD1800不同刚度比下的周期位移

通过以上结论进行受力机理分析如下：连梁刚度较小时，其对双侧墙肢的约束力不足，双侧墙肢和连梁未能形成一个有效的抗侧力体系。在水平力作用下，双侧墙肢各自利用自身的刚度承担了一部分力，但各墙肢力臂较小，故承载力有限，体系刚度不足。连梁刚度较大时，其对双侧墙肢的约束力大，双侧墙肢和连梁形成一个有效的抗侧力体系，该受力体系承担水平作用力，此时两侧墙肢分别受压、受拉，力臂较大，故承载力大，体系刚度较大。当结构体系形成，连梁的刚度进一步加大对体系的力臂增大并无实质影响，故并不能靠无限增大连梁截面来提高结构抗测力刚度。

2.2 连梁等截面下不同墙肢组合对联肢剪力墙的影响

模型中控制连梁的截面尺寸保持恒定，通过调整小墙墙肢截面高度，研究在等截面连梁下墙肢(大墙/小墙)刚度比变化对结构位移的影响。图6表示在连梁等截面条件下不同联肢剪力墙墙肢组合的位移。

(a)连梁截面高度为600mm

(b)连梁截面高度为800mm

(c)连梁截面高度为1000mm

(d)连梁截面高度为1200mm图6 连梁等截面下不同墙肢组合下联肢剪力墙位移

对比图6中等截面连梁下，大小墙肢刚度比与位移的曲线图可知：大墙肢、连梁截面一定时，大墙与小墙刚度比越大结构整体刚度就越小，即同等条件下小墙肢越小，结构刚度越差。当连梁截面刚度越大时，墙肢刚度比变化对结构的刚度影响就越小。

对以上结论进行受力机理分析，结果如下：其它条件一定时，结构体系中小墙肢截面越小，其在水平力作用下越先屈服破坏，故结构体系整体承载力便越小；连梁刚度越大，其结构体系整体性也越好，单墙肢刚度比变化对结构的刚度影响就越小。

3 结论

本文通过建立了多个不等肢剪力墙分析模型，分别研究了在大小墙肢不变时其连梁刚度对结构刚度的影响和在连梁刚度不变时大小墙肢刚度比对刚度的影响，通过对以上模型模拟数据对比分析，得出以下结论：

(1)不等肢剪力墙结构大、小墙肢截面高度均不变时，模型位移随着连梁与墙肢刚度比越大即连梁刚度越大，结构刚度越大，且刚度比越大，位移变化越平缓；

(2)不等肢剪力墙结构大、小墙肢截面高度均不变时，连梁与小墙肢刚度比为1附近时，3种墙肢在曲线的变化率仅为初始变化率的3%～5%，且墙肢越小变化越明显；

(3)大墙肢、连梁截面一定时，大墙与小墙刚度比越大，结构整体刚度就越小，即同等条件下墙肢截面越小，结构刚度越弱；

(4)当连梁截面刚度越大时，墙肢刚度比变化对结构的刚度影响就越小。

(5)连梁的截面刚度、单个墙肢的截面刚度与结构的整体刚度正相关，但均程曲线变化均趋平缓。

在剪力墙结构中，为满足建筑结构使用功能及结构安全，往往出现墙肢大小不一，结构的位移往往超过规范规定的限制[7]。在剪力墙结构中连梁往往出现在门窗洞口上，其截面尺寸基本不可改变，设计人员可调整墙肢的高度来满足结构各项参数要求。当墙肢的尺寸不可调节时，往往可调节连梁的尺寸，弱化或强化连梁的刚度来改善联肢墙体的受力性能[8]。此时，设计人员可根据相关的理论知识调整墙肢及连梁截面的大小，从而将结构剪力均匀地分配到各墙肢中。此研究方向尚有很多问题需要在今后的研究中得到更好的解决。

[1] 李方圆，梁兴文，张涛.剪力墙结构小跨高比连梁研究述评[J].建筑结构学报,2008(S1):152-155.

[2] 常为华，张相勇，张亚珊.高层剪力墙结构连梁的设计与分析[J].建筑结构,2009(S2):68-71.

[3] 刘伟，王娱，朱蕴东.双肢短肢剪力墙结构抗震性能试验研究[J].世界地震工程，2004,20(2):81-85.

[4] 常林润.高层剪力墙结构连梁抗震设计中几个问题的探讨[J].工业建筑,2007,37(2):28-31.

[5] 黄东升，程文襄，彭飞.对称双肢短肢剪力墙的低周反复荷载试验研究[J].建筑结构学报,2005,26(3):51-56.

[6] 韩小雷，梁启智.带刚性连梁的双肢剪力墙及其结构控制性能的研究[J].华南理工大学学报,1999,9(9):89-94.

[7] 彭飞，程文襄,陆和燕,等.对称双肢短肢剪力墙的拟静力试验研究[J].建筑结构学报,2008,29(1):64-69.

[8] 王祖华,桑文胜.劲性钢筋混凝土连梁的性能与计算方法[J].华南理工大学学报,1995,23(1):34-43.

ThestudyoftheunequallimbshearwallstiffnessbyTheinfluenceofcouplingwall-beamstiffness

LIUFeijiao1YANGZongren2

(1.Shanxi conservancy technical institute Department of Architectural Engineering Yuncheng 044000;2.China energy construction group shanxi electric power survey and design institute New energy engineering branch,Taiyuan 040001)

The present situation of the unequal limb shear wall structure of reinforced concrete in the practical engineering is presented.The finite element model of the double unequal limb shear wall was established in this paper through the use of MIDAS GEN8.0 finite element analysis software.The static elastic plastic analysis of the stiffness of the shear wall of the connecting beam and the unequal limb shear wall is carried out，It is concluded that the greater the rigidity of the beam and the small wall,the greater the rigidity of the overall force system and the influence factors were studied.

Rigidity of coupling wall-beam；Unequal limb shear wall；MIDAS

刘飞姣(1987- )，女。

E-mail:yangzongreng@126.com

2017-07-20

TU3

A

1004-6135(2017)12-0058-04