连梁刚度对不等肢连肢梁抗震性能的影响

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(山西职业技术学院，山西 太原 030006)

引言

太原市君怡小区B座位于太原市平阳路与晋阳街交叉路口，地上32层，地下1层，采用剪力墙结构。传统的剪力墙结构由于刚度大，地震作用下吸收能量多，且变形性能较差，结构的耗能高，破坏严重。由于建筑功能的需要，常在剪力墙上开设门、窗以及结构洞，形成了连肢剪力墙。连肢剪力墙又有两种，一种为等肢，另一种为不等肢。在该工程中，不等肢剪力墙发挥着重要的作用，而连梁的强度、刚度以及变形性能对连肢剪力墙的抗震性能有很大的影响。本文运用MIDAS/GEN研究该工程中连梁刚度对不等肢连肢梁抗震性能的影响。

MIDAS/GEN是指General structure design system for windows environment，即以Windows为开发平台的通用结构分析与优化设计系统。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。通过已有的入索单元、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。

1 有限元分析模型的建立

本文所采用的分析模型是一个4层剪力墙结构，层高均为3 600 mm，总高度14.4 m，梁和剪力墙平面见图1和图2，图中LL2截面尺寸为200 mm×500 mm，LL1的截面宽度为200 mm，截面高度在400～1 600 mm之间变化。不考虑楼板的影响，墙厚均为200 mm，混凝土强度等级为C30，场地抗震设防烈度为7度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第1组，抗震等级设为二级。

图1 等肢剪力墙平面图

图2 不等肢剪力墙平面图

本文中剪力墙肢考虑翼缘的影响，翼缘统一取长为800 mm，等肢墙肢取2 000 mm，不等肢墙肢中大墙肢长取2 000 mm，小墙肢参数见表1。以各模型Y向周期和位移的变化来研究连梁的刚度对不等肢剪力墙整体刚度的影响。

表1 不等肢墙肢参数 mm

2 计算结果分析

2.1 等肢墙肢

连梁截面宽取200 mm，高度取一系列值，以模拟连梁刚度的变化。由表2、图3和图4可以看出，随着连梁刚度的增大，周期和位移呈明显下降的趋势，在连梁与墙肢刚度比为1附近时折线斜率明显减小，位移变化率只有初始的1.4%。由此可知，等肢墙当连梁与墙肢刚度比>1时，随着连梁刚度的增加，联肢剪力墙刚度的增加非常缓慢。

表2 等肢墙肢不同刚度比下的周期位移

图3 等肢剪力墙不同刚度比下的位移

图4 等肢剪力墙不同刚度比下的周期

2.2 不等肢墙肢

为了便于对比分析，不等肢墙肢中大墙肢取与等肢墙相同，连梁的刚度和小墙肢的刚度作为变量。限于篇幅，这里仅给出SD1800的周期位移表(见表3)以及SD1800、SD1400和SD1200连梁与墙肢的刚度比与位移图(见图5至图7)。比较不同墙肢高度下各个模型的位移发现，随着墙肢截面的减小，位移增大，同一墙肢刚度位移折线随着连梁刚度的增大而趋于平缓。SD1800、SD1400和SD1200在连梁与小墙肢刚度比为1时，折线的变化率分别为初始变化率的2.34%、2.62%和4.87%，曲线变化与连梁与大墙肢的刚度比没有明显的联系，位移的变化与连梁与小墙的刚度比有关。

表3 不等肢墙肢SD1800不同刚度比下的周期位移

图5 不等肢(SD1800)不同刚度比的位移

2.3 等截面连梁下不同墙肢组合对联肢剪力墙的影响

不同连梁截面、墙肢下联肢剪力墙的位移见图8。

对比图8中不同连梁截面、墙肢下联肢剪力墙的位移曲线可知，当大墙肢、连梁截面一定时，刚度比(大墙/小墙)越大则整体的刚度就越小。墙肢刚度一定时，连梁刚度越大则联肢剪力墙的整体刚度越大。连梁刚度越大，墙肢截面变化对联肢剪力墙整体刚度的影响越小。

图6 不等肢(SD1400)不同刚度比的位移

图7 不等肢(SD1200)不同刚度比的位移

图8 不同连梁截面、墙肢下联肢剪力墙的位移

3 问题讨论

在太原市平阳路君怡小区B座钢筋混凝土不等肢剪力墙结构中，结构的位移超过了规范规定的限值，设计人员通过合理地调整墙肢截面或连梁的截面高度来提高整体的刚度，从而满足了规范规定的位移限值。对于设计中跨高比较大的连梁，有良好的地震耗能。而在剪力墙结构中，往往洞口上形成的连梁跨高比均比较小，对抗震等级为一、二级且连梁跨高比≯2、墙肢厚≮200 mm时，可设置斜向交叉钢筋或菱形斜筋与交叉斜筋组合的配筋方案，其延性均比较高，且具有良好的耗能能力。当连梁宽度在350 mm以上时，可采用交叉暗撑。对在工程中出现超筋的连梁，通过合理配筋保证梁强剪弱弯，可具备一定的延性耗能能力。

4 结论

4.1 基于等肢剪力墙中连梁刚度对联肢剪力墙整体刚度的分析，连梁的刚度越大，联肢剪力墙的整体刚度也越大；当连梁的刚度与墙肢的刚度比>1时，连梁刚度的变化对整体刚度影响不大。

4.2 对于不等肢墙肢，连梁的刚度越大，整体的刚度也就越大。当连梁刚度与小墙肢刚度比>1时，连梁刚度的变化对整体刚度影响不大。

4.3 当大墙肢、连梁截面一定时，刚度比(大墙/小墙)越大，整体的刚度就越小。墙肢刚度一定时，连梁刚度越大，联肢剪力墙的整体刚度越大。连梁刚度越大，墙肢截面变化对联肢剪力墙整体刚度的影响越小。

4.4 在该工程钢筋混凝土不等肢剪力墙结构中，增大了连梁刚度。但不等肢联肢墙的抗震研究尚有很多问题，在今后的研究中会得到更好的解决。

参考文献：

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[2] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[3] 傅学怡.实用高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

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