对短肢剪力墙设计中的问题分析

　　摘要：通过理论和有限元分析，对判别系数ζ的物理意义、ζ 对墙肢弯矩反弯点的影响和短肢剪力墙判别系数限值[ζ ]等问题进行了探讨，得到了在α < 10时墙肢弯矩的反弯点个数基本不随ζ 变化的结论，并通过结构顶点侧移及其梯度与ζ 的变化关系得到了短肢剪力

　　墙的系数限值[ζ ]及相应的最小肢高厚比。

　　关键词：剪力墙;设计;设计概念

　　Abstract: This paper through the theory and finite element analysis, discussed the physical meaning of discriminant coefficient ζ, ζ wall limb moment of inflection point and short shear wall discriminant coefficient limits [ζ], obtained in α <10 wall limb moment of the inflection point the number of basic conclusions with ζ changes, and by the structure of the vertex lateral displacement and its gradient ζ variation coefficient of the short leg walls limits [ζ] and minimum limb height to thickness ratio.

　　中图分类号：TU3文献标识码 A 文章编号：

　　我国多层、小高层住宅中的应用日益广泛，有关短肢剪力墙的研究也越来越多。《高层建筑混凝土结构技术规程》[1]规定短肢剪力墙是指墙肢的长度为其厚度5～8倍的剪力墙，因此，本文将针对这些问题进行一些探讨。

　　1 判别系数ζ的意义

　　α < 10， 为短肢剪力墙应满足判别式。公式中的α 为剪力墙的整体性系数，表示连梁与墙肢抗弯刚度的比值，α 越大，表明连梁对墙肢的约束越强，结构整体性越好 。肢强系数的定义为 。现以图1所示的矩形截面双肢剪力墙的组合截面来说明其物理意义。

　　图中O 为组合截面的形心，1O 、2O 分别为两墙肢的截面形心，I为组合截面的惯性矩，

　　是所有墙肢截面对组合截面形心O 的二次面积矩之和。对于判别系数ζ，有文献将其定名为肢强系数，认为ζ越小，墙肢越强，这对于墙肢截面为矩形或翼缘宽度固定的情况是成立的。但是同时影响墙肢强弱和ζ值的因素除了墙肢截面高度外，还有一个因素，就是翼缘宽度。翼缘宽度对ζ值和墙肢强弱都存在较大的影响。

　　以图2所示墙肢T形和L形的短肢剪力墙组合截面为例，判别系数可表示为

　　图 3a 和图 3b 给出了在组合截面高度为 5m，墙厚为 0.2m时，按式(1)得到的 值和墙肢截面惯性矩在不同的墙肢截面高度下随翼缘宽厚比的变化规律。由图可知，当墙肢截面高度一定时，随着翼缘宽度的增加，系数ζ和墙肢截面惯性矩都随之增大;而当翼缘宽度一定时，随着墙肢截面高度的增加，墙肢截面惯性矩随之增大，系数ζ却随之减小。由此可见，ζ的取值，一方面主要由墙肢的强弱决定，另一方面又受到翼缘宽度一定程度的影响 。

　　此外，由图 3a 和图 3b 不难发现，墙肢截面高度越小，判别系数ζ和墙肢截面惯性矩随翼缘宽度变化的趋势逐渐平缓;ζ的变化范围随着翼缘宽度的加大越来越小，在墙肢为矩形截面时达到最大，为[0.75，1](全洞口时为1，无洞口时为0.75)。

　　2 ζ对墙肢反弯点的影响

　　很多的研究证明ζ对墙肢截面反弯点的影响，系数限值[ζ]是根据大部分楼层墙肢不出现反弯点的准则确定了判别，作为区分小开口整体墙与壁式框架的依据。现对于α < 10的情况，比较缺少这方面文献的深入的分析。是否α < 10和 α ≥ 10两种情况下存在类似的规律[5]，即在α < 10时是否可通过墙肢反弯点个数的变化来确定判别系数限值[ζ]。

　　有限元分析采用 ANSYS10.0 进行，为简便地保证单元之间的协调工作，对墙肢和连梁都采用shell单元进行模拟。对于不同跨高比的连梁，由于都放弃了一维线性单元的平均平截面假定，而使用二维的壳单元，故可以获得更高的计算精度。

　　在不相同的荷载和不同的层数还有不同的α 及ζ的双肢对称剪力墙进行弹性分析，以下举例出均布荷载下8层双肢对称剪力墙的弯矩图，如以下图4所示，表2则显示出不同的α 和ζ时的墙肢弯矩反弯点个数变化情况。从分析的结果可以看出，当α < 10时，墙肢弯矩的反弯点个数几乎不随ζ的改变而改变;而当α > 10时，墙肢弯矩的反弯点个数随ζ的减小有明显的减少。尤其是在均布荷载作用下，这一现象更加明显此外，从图中可知，随着α 的增大和ζ的减小，墙肢弯矩反弯点的高度将不断上移。

　　通过上述分析可得结论如下：

　　(1) 判别系数ζ主要由墙肢的墙弱决定，但是翼缘宽度对其也有一定程度的影响。在翼缘宽度固定时，用ζ比较墙肢的墙弱更加合理。

　　(2) 有限元分析表明，α < 10时墙肢弯矩反弯点个数随ζ 的减小基本不变，因此不能像α ≥ 10时通过反弯点个数的变化来确定联肢短肢剪力墙的判别系数限值[ ζ ]。

　　结束语：顶点的侧移的大或小的变化梯度从综合的表现了α和ζ 对结构的影响，对此可以分析出结构顶点侧移随ζ 的变化情况，可以把顶点侧移变化加剧时的ζ 定义为[ζ ]，确定作为短肢剪力墙判别系数限值的参考依据，得到确定的短肢剪力墙最小肢高度厚度比基本都在5～8之间，与“高规”关于短肢剪力墙的规定基本一致 。

　　参考文献

　　[1]中华人民共和和国行业标准.《高层建筑混凝土结构技术规程》

　　JGJ3-2010[S].

　　[2]程文瀼, 金向前, 吴志彬. 短肢剪力墙的设计与研究[J].建筑结

　　构，2001,31(7)

　　[3]中国建筑科学研究院建筑结构研究所.高层建筑结构设计.北京: 科

　　学出版社,1982