劉鵬舉

摘要：在PKPM中對剪力墻端柱的計算是采用柱模型，造成對同一結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用不同的單元進行模擬，由于不同計算單元之間的模型化差異及相互的變形協(xié)調(diào)問題，常造成計算結(jié)果怪異。本文通過對帶端柱剪力墻受力機理進行分析的基礎(chǔ)上，指出采用墻、柱等效處理模型所存在的問題，說明了其在實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計中所存在的不合理之處，在此基礎(chǔ)上，提供兩種等效處理方法對帶端柱的剪力墻進行結(jié)構(gòu)計算。

關(guān)鍵詞：剪力墻端柱結(jié)構(gòu)計算

中圖分類號：S611 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

1.引 言

剪力墻結(jié)構(gòu)是高層建筑中常用的結(jié)構(gòu)形式，可以根據(jù)建筑隔墻靈活布置，具有剛度大，能有效承受豎向和水平作用力，變形小等優(yōu)點。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，剪力墻端柱與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中的邊框柱是不同的。對于框架-剪力墻中的邊框柱主要是與梁或暗梁形成閉合的邊框，應(yīng)按照框架柱進行計算，并符合框架柱的相關(guān)構(gòu)造要求；剪力墻底部加強部位邊框柱的箍筋宜沿全高加密。對于帶端柱剪力墻結(jié)構(gòu)中的端柱則是作為剪力墻的一部分，對剪力墻提供約束作用，并有利于提高剪力墻的平面外穩(wěn)定性能。因此，對于帶端柱的剪力墻結(jié)構(gòu)中端柱應(yīng)該滿足剪力墻結(jié)構(gòu)邊緣構(gòu)件的要求；但當(dāng)端柱承受集中荷載時，其縱向鋼筋、箍筋直徑和間距還應(yīng)滿足框架柱的相關(guān)要求。

在PKPM建模中，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員通常對與剪力墻的端柱采用柱模型，以黃色顯示，造成對同一結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用不同的單元進行模擬，使結(jié)構(gòu)豎向荷載往往主要集中在端柱上。在實際受力情況中，距離豎向作用點以下足夠遠處，由于混凝土結(jié)構(gòu)對豎向荷載的應(yīng)力擴散作用,其豎向荷載不完全由端柱自己承擔(dān)，而由墻+柱全截面共同承擔(dān)豎向荷載及由豎向荷載引起的彎矩。事實上，剪力墻端柱并非承擔(dān)豎向荷載的主體。

圖1豎向荷載應(yīng)力擴散示意圖

2.現(xiàn)有方法存在的主要問題

對于帶端柱的剪力墻，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員為了能夠很好地模擬有端柱剪力墻的平面外剛度，在建模時通常采用墻+柱模型進行結(jié)構(gòu)計算。這種墻、柱分離式的等效處理方法，并不符合實際情況，主要存在以下幾個方面的問題：

（1）造成實際模型中端柱+墻的總截面面積要大于帶端柱剪力墻的全截面計算面積，存在面積

誤差，這將直接影響帶端柱剪力墻的抗剪承載力。另外，模型中剪力墻墻肢的長度要比實際的剪力墻墻肢長度小，加大了帶端柱剪力墻的面內(nèi)剛度計算誤差，使計算結(jié)果偏于不安全。

（2）當(dāng)采用墻、柱不同單元等效處理建模計算時，帶端柱的剪力墻平面內(nèi)側(cè)向剛度由框架柱

的剛度和剪力墻的面內(nèi)剛度共同組成；而剪力墻的面內(nèi)剛度又與墻肢的有限元單元網(wǎng)格的劃分有關(guān)，單元網(wǎng)格劃分的越細，剪力墻的剛度越小，端柱所承擔(dān)的內(nèi)力值也就越大；反之，則剪力墻的剛度越大，端柱承擔(dān)的內(nèi)力值也就越少。另外，墻元和柱元之間的內(nèi)力主要取決于剪力墻、端柱之間的變形協(xié)調(diào)。目前很難準(zhǔn)確計算剪力墻與端之間的變形協(xié)調(diào)關(guān)系及混凝土對豎向荷載的應(yīng)力擴散作用。這些因素都會造成實際模型與真實情況不相符的情況。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用墻+柱分離的等效處理方法，常導(dǎo)致同一結(jié)構(gòu)構(gòu)件中端柱與剪力墻的計算壓

應(yīng)力水平差異很大。當(dāng)不考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸向變形時，往往會造成端柱承擔(dān)絕大部分的豎向荷載，而剪力墻只承擔(dān)很小一部分豎向荷載。在程序的計算結(jié)果文件中，出現(xiàn)端柱的配筋過大，計算不合理的情況。而當(dāng)過多地考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的軸向變形時，又會造成剪力墻所承擔(dān)豎向荷載大于高于端柱所承擔(dān)的豎向荷載，計算也不合理。

（3）當(dāng)采用墻、柱分離的等效處理方法，容易使結(jié)構(gòu)設(shè)計人員混淆端柱與框架柱的本質(zhì)區(qū)別。

端柱作為剪力墻的一部分，只是形狀像柱，但并不是柱。并且當(dāng)建模時采用墻、柱分離的等效處理方法時，端柱的抗震等級是按照框架柱來確定的。而在框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中，框架柱的抗震等級一般不會高于剪力墻的抗震等級，會出現(xiàn)偏不安全的情況。因此，應(yīng)該人工手動修改端柱的抗震等級，使其同剪力墻的抗震等級。

圖2帶端柱剪力墻示意圖 圖3程序計算模型示意圖

如：某18剪力墻結(jié)構(gòu)，層高H=3000mm，地處6度抗震設(shè)防區(qū)域，場地類別為2類，地震分組為第一組，基本風(fēng)壓為0.45，地面粗糙度類別為B類。選取其中一片帶端柱的剪力墻（截面尺寸）。當(dāng)采用分離式建模時與實際情況的參數(shù)比較見表1：

表1

3.建議及結(jié)論

綜上所述，對于帶端柱的剪力墻結(jié)構(gòu)，建模時可以采用以下兩種等效處理方法：1）可直接按墻長，墻厚為計算，端柱在構(gòu)造設(shè)計中考慮（邊緣構(gòu)件的配筋計算及墻的平面外穩(wěn)定驗算時，可考慮端柱的影響）。2）采用等效截面法計算復(fù)核，可直接按墻的等效截面寬度進行有端柱剪力墻的平面外穩(wěn)定驗算。此時，由于對端柱的有利作用考慮不足，其結(jié)果是偏于安全的。這兩種等效處理方法可以有效地避免分離建模所造成的模型化差異和墻、柱間的變形協(xié)調(diào)問題。

參考文獻

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