鋼筋混凝土空心剪力墻與同體積實心鋼筋混凝土剪力墻的抗震分析

張 慶，郭遠(yuǎn)東

(1.吉林建筑工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，吉林 長春 130000；2.吉林省新發(fā)建設(shè)開發(fā)中心，吉林 長春 130000)

利用建筑物墻體作為抵抗水平荷載，承受豎向荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，稱為剪力墻結(jié)構(gòu)體系[1].剪力墻結(jié)構(gòu)體系是一種有效的結(jié)構(gòu)體系，具有抵抗風(fēng)荷載，承受豎向荷載及抗震等三個功能；具有較高的抗側(cè)剛度，所以對減小結(jié)構(gòu)層間位移極為有效.然而，由于剛度較大，剪力墻會吸收大量的地震能量，并且剪力墻的自重比較大，提高了結(jié)構(gòu)的自重和工程造價，可以采用鋼筋混凝土空心剪力墻彌補實心剪力墻的缺點.鋼筋混凝土空心剪力墻理論是在我國上世紀(jì)90年代提出的，它具有如下的優(yōu)點：鋼筋混凝土空心剪力墻中間有空氣層，具有很好的保溫、隔熱、隔音作用；采用一次性紙管內(nèi)模成孔和平板振搗器振搗施工，施工方便；極大的降低了結(jié)構(gòu)自重，并且降低工程造價，具有很好的經(jīng)濟性.本文采用時程分析法對鋼筋混凝土空心剪力墻與同體積實心鋼筋混凝土剪力墻進行抗震位移分析.

1 時程分析法原理

時程分析方法是將地震波進行時段數(shù)值化后，輸入結(jié)構(gòu)體系中，得到振動微分方程，對結(jié)構(gòu)體系進行彈性或彈塑性動力分析，同時考慮地震的持續(xù)時間，使結(jié)構(gòu)處于動力分析階段[2].使用時程分析法進行地震作用的反應(yīng)分析時，必須確定合理的構(gòu)件模型和選擇合理的地震波.

地震波選取[3]可以采用以下三種途徑：①若在擬建場地有實際強震記錄時，可以采用該強震記錄.②國內(nèi)外都已經(jīng)積累了不少典型的、有代表性的強震記錄，可以根據(jù)實際情況采用典型的強震記錄.③采用人工擬合地震波.地震波的選取數(shù)量和選取原則需要根據(jù)實際情況進行選取，地震加速度記錄數(shù)量太少或太多都不能真實的反映結(jié)構(gòu)的抗震效果.

本文對結(jié)構(gòu)進行時程分析首先要選取地震波，由于沒有本擬建場地的實際強震記錄可以采用，因此選擇使用典型的強震記錄，一般的時程分析法進行結(jié)構(gòu)抗震分析運用的基本是四大經(jīng)典強震記錄，本文選擇的地震波是四大經(jīng)典強震記錄之一，發(fā)生于1940年美國Imperial山谷的EL-centro地震波東西方向的地震記錄，這是世界上第一條成功記錄全過程數(shù)據(jù)的地震波，對于人類地震的研究有著重大的意義.其次根據(jù)實際工程的場地情況對地震波的強度進行調(diào)整，使其符合預(yù)定的加速度峰值.再次按照實際所處場地的設(shè)計分組(震中距離、震級大小)和場地類別(場地條件) ，調(diào)整地震頻譜特點.最后根據(jù)本結(jié)構(gòu)工程的實際研究情況對地震調(diào)整持續(xù)時間，不論持續(xù)時間的長短，應(yīng)包含地震記錄的最強部分.

圖1 調(diào)整后的EL-centro(東西)地震

2 輸入地震波的選擇與調(diào)整

本文的地震波采用選取著名強震記錄中的EL-centro(東西)地震波記錄，本地震發(fā)生在1940年5月，震級為6.3級，適合于Ⅱ類場地，峰值加速度為210.1 cm/s2，依據(jù)以上地震波調(diào)整理論，將地震波進行調(diào)整，調(diào)整后的地震波如圖1所示.

圖2 二層空心剪力墻計算模型

圖3 空心剪力墻的二層頂點的位移時程曲線

圖4 空心剪力墻的一層頂點的位移時程曲線

圖5 同體積普通剪力墻的二層頂點的位移時程曲線

圖6 同體積普通剪力墻的一層頂點的位移時程曲線

3 空心剪力墻與同體積普通剪力墻位移對比分析

本文在分析鋼筋混凝土普通剪力墻和空心剪力墻時，根據(jù)剪力墻的尺寸和優(yōu)化計算確定的孔洞率，通過ANSYS對空心剪力墻建立初始模型如圖2所示，由于鋼筋混凝土空心剪力墻中孔洞均勻分布，此構(gòu)件中孔間距及壁厚相對于整個構(gòu)件尺寸很小，造成單元劃分過多，對于空心剪力墻計算分析都很困難，當(dāng)單個計算文件容量大于4G，計算難以完成.本文建立一個二層空心剪力墻簡易模型進行鋼筋混凝土空心剪力墻和同體積實心鋼筋混凝土剪力墻的位移對比分析，計算模型如圖2，EL-Center波的記錄時長12s，時間間隔0.02s，從一記錄值中每個0.2s取一個值，一共取60個值，得到位移時程曲線如圖3～圖6所示.

由圖3和圖4可知空心建立墻的二層頂點最大位移是2.17058×10-6，一層頂點的最大位移為1.63658×10-6，層間位移為5.34×10-7，而由圖5和圖6可以確定同體積普通剪力墻的二層頂點最大位移是2.99569×10-5，一層頂點的最大位移為1.14319×10-5， 層間位移為1.8525×10-5，所以在相同的體積和地震波作用下，空心剪力墻的頂點位移和層間位移均小于同體積普通剪力墻的.

空心剪力墻的頂點最大位移與樓高的比值為0.3876×10-6,層間位移與層高的比值為1.907×10-7，滿足規(guī)范要求的1/1000限值.

4 結(jié)論

通過ANSYS建立鋼筋混凝土空心剪力墻和同體積實心鋼筋混凝土模型，利用時程分析方法對鋼筋混凝土空心剪力墻和同體積實心鋼筋混凝土剪力墻的頂點位移和層間位移進行比較分析，得到了空心剪力墻的位移要小于同體積實心剪力墻.

參考文獻：

[1]衰春燕.不同形式鋼筋混凝土空心剪力墻非線性有限元分析[D].西安:西安建筑科技大學(xué)，2005.

[2]柳炳康，等.工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[M].武漢：理工大學(xué)出版社，2005.

[3]楊溥，賴明.結(jié)構(gòu)時程分析法輸入地震波的選擇控制指標(biāo)[J].土木工程學(xué)報，2000，33(6):33-37.