竖向下框架—配筋砌体混合结构协同工作研究★

2021-02-01郭秀芹

山西建筑 2021年4期

郭秀芹

(西安交通大学城市学院，陕西西安 710018)

在竖向荷载作用下，框架和砌体剪力墙共同承担竖向荷载[1，2]。砌体剪力墙的竖向承载能力相对较强，能够负担较大比例的竖向荷载[3]。竖向荷载在框架和砌体剪力墙间轴力分配与框梁抗弯刚度、砌体墙刚度以及梁柱线刚度有关。因此本论文主要研究梁截面高度、柱截面高度、砌体墙跨度对单跨多层混合结构在竖向荷载作用下框、墙协同工作机理，主要是轴力分配关系的影响。

荷载和边界：各层施加的荷载值相同，且是以均布荷载的形式施加在结构各层顶部。模型的底部均看作是固定端，所以约束底部所有节点的所有自由度[4]。

1 有限元模拟实验分组

本节研究梁截面高度、柱截面高度、砌体墙高度对竖向均布力作用下单跨两层混合结构的框、墙协同工作性能的影响。

本节采用半分离式有限元模型进行研究[5，6]，具体模型见图1，模型数据见表1。本节忽略钢筋对抗压的贡献，只考虑梁纵筋及箍筋的影响，梁顶和梁底配置通长2φ16，箍筋采用φ8@100。模型中混凝土砌块砌体采用刘桂秋本构模型[7]，灌芯混凝土采用混凝土规范推荐本构模型，钢筋还是理想弹塑性模型，有关参数见表2。

表1 竖向力作用下单跨两层模型数据表

表2 竖向力作用下单跨两层模型材料参数 MPa

计算结果见表3。

2 计算结果分析

A组模型仅梁截面高度发生变化。梁截面高度的变化将会影响梁的截面抗弯刚度，进而影响梁的线刚度，从而影响框架柱和砌体墙间的轴力分配。随着梁截面高度的增大，二层柱的轴力分配系数将会增大，一层柱的轴力分配系数也会增加，具体的轴力分配系数关系见图2。由于二层的力往一层传递，使得一层的轴力明显大于二层，且一层柱的轴力会随着梁截面高度的增大而增加，但是增加并不显著，由表3可以看出,传递分配比λ的值随着梁截面高度的增大略微增加。正是由于传递分配比λ值的增加致使图2中的一层和二层轴力分配系数的两条线慢慢背离。所有值的变化都不大也说明梁截面高度对框架、砌体墙协同工作性能的影响不大。

表3 竖向力作用下单跨两层模型的轴力计算结果

B组模型(包括2_A1)仅柱截面高度发生变化。柱截面高度的变化将会直接影响柱的面积和刚度，进而影响框架柱和砌体墙间的轴力分配。随着柱截面高度的增大，二层柱的轴力分配系数将显著增大，一层柱的轴力分配系数也跟着显著增加，柱截面高度由300 mm增加到450 mm时，柱轴力分配系数由47.6%增加54.8%，增加7.2%，可以得出柱截面高度对框架、砌体墙协同工作性能的影响大，具体关系见图2。同样二层的力往一层传递，使得一层的轴力明显大于二层，且一层柱轴力会随着柱截面高度的增大而增加，增加很显著，通过表3可以看出，传递分配比λ的值也随着柱截面高度的增大而线性显著增加。也是因为传递分配比λ值的线性增加使得图2中的一层和二层轴力分配系数的两条线逐渐分开。

C组模型(包括2_A1)仅砌体墙高度发生变化。砌体墙高度的变化将会微弱影响框架柱和砌体墙间的轴力分配。随着砌体墙高度的增大，二层柱的轴力分配系数将会略微增大，一层柱的轴力分配系数也跟着稍微增加，具体的轴力分配系数关系见图2c)。通过表3可以看出，二层的力往一层传递，一层的轴力会大于二层，一层柱的轴力会随着砌体墙高度的增大而增加，但是增加并不大，传递分配比λ的值随着砌体高度的增大也是略微增加，可以忽略不计。但是由于λ的值的微微增加致使图2中的一层和二层轴力分配系数的两条线有远离的趋势。所有的值的变化都很小说明砌体墙高度对框架、砌体墙协同工作性能的影响很不显著。