雙肢剪力墻內(nèi)力的計算方法及荷載與抗力的統(tǒng)計特征探究

艾進(jìn)貴

（寧夏工業(yè)設(shè)計院有限責(zé)任公司 寧夏 銀川 750001）

0 引言

剪力墻結(jié)構(gòu)是指縱橫向主要承重構(gòu)件全部為結(jié)構(gòu)墻的結(jié)構(gòu)。當(dāng)墻體處于建筑物中合適的位置時，他們能形成一種有效抵抗水平作用的結(jié)構(gòu)體系，同時，又能起到對空間的分割作用。 近年來，由于住宅需求的增加和用于建造住宅的土地供應(yīng)緊張，高層住宅的建造成為眾多開發(fā)商的首選，推動了剪力墻結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。

1 內(nèi)力的計算方法

1.1 地震作用

雙肢剪力墻是多自由度超靜定平面結(jié)構(gòu)。對于多自由度彈性體系的水平地震作用一般采用底部剪力法和振型分解法求得。對于高度不超過40m、 以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)可采用底部剪力法。 但雙肢剪力墻的變形以彎曲變形為主，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002 中3.3.4 的規(guī)定：高層建筑結(jié)構(gòu)宜采用振型分解反應(yīng)譜法。 所以在本文中計算地震作用時采用振型分解法。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010 中規(guī)定， 采用振型分解反應(yīng)譜法時，不進(jìn)行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算的結(jié)構(gòu)，按下列規(guī)定計算其地震作用和作用效應(yīng)：

1.2 雙肢剪力墻的內(nèi)力計算

文獻(xiàn)[1]中總結(jié)了雙肢剪力墻內(nèi)力計算的方法。

1.3 內(nèi)力的最不利組合

剪力墻為偏心受力構(gòu)件， 取每層的底部和頂部作為控制截面；連梁主要承受水平荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，一般取梁端截面為控制截面。 根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ3-2002 中5.6 節(jié)中的規(guī)定， 高層雙肢剪力墻應(yīng)以下列方法組合：

（1）無地震作用效應(yīng)組合時，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值為S=γGSGk+ψQγQSQk+ψWγWSWk。

（2）有地震作用效應(yīng)組合時，荷載效應(yīng)和地震作用效應(yīng)組合的設(shè)計值為S=γGSGE+γEhkSEhk+γRvSRvk+ψWγWSWk。

論文中涉及到的內(nèi)力組合有以下三種，由此三種組合中可得到最不利內(nèi)力組合：

（1）無地震作用活荷載中樓面活荷載起主導(dǎo)作用時S=1.2SGk+1.0×1.4×SQk。

（2）無地震作用永久荷載起主導(dǎo)作用時S=1.35SGk+0.7×1.4×SQk。

（3）有地震作用時S=1.2SGE+1.3SEhk=1.2×（SGk+0.5SQk）+1.3SEhk。

2 荷載的統(tǒng)計特征

對于結(jié)構(gòu)荷載，國內(nèi)外采用兩種概率模型。 對于恒載這樣與時間無關(guān)的永久荷載，采用隨機(jī)變量模型；對于樓面活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載這樣與時間參數(shù)有關(guān)的可變荷載，則采用隨機(jī)過程模型。 我國目前將各種可變荷載的模型統(tǒng)一取平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)模型。

根據(jù)辦公樓、住宅樓面活荷載的特點(diǎn)，可將活荷載分為持久性樓面活荷載和臨時性樓面活荷載。持久性活荷載是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)任何時刻都存在，出現(xiàn)概率p=1 的活荷載；臨時性活荷載是指在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)頻繁出現(xiàn)且持續(xù)時間較短的活荷載。 通過統(tǒng)計分析，持久性活荷載任意時點(diǎn)服從極值Ⅰ型分布。臨時性活荷載，可認(rèn)定在10 年內(nèi)也服從極值Ⅰ型分布。在設(shè)計基準(zhǔn)使用期內(nèi)，按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的荷載組合原則，樓面活荷載考慮以下兩種組合方式：

第一種，是持久性活荷載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的最大值與臨時性活荷載的任意時點(diǎn)分布值的組合，即LT1=LiT+LrS。

第二種，是持久性活荷載的任意時點(diǎn)分布值與臨時性活荷載在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的最大值的組合，即LT2=LiS+LrT。

以上兩式中Li表示樓面持久性活荷載，Lr表示樓面臨時活荷載，加足標(biāo)T 表示設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)的最大值，活荷載的任意時點(diǎn)分布加足標(biāo)S。

根據(jù)目前研究的成果， 地震烈度的概率函數(shù)服從極值Ⅲ型分布。建議50 年基準(zhǔn)期內(nèi)，結(jié)構(gòu)基地剪力的概率分布服從極值Ⅱ型分布。

3 抗力的統(tǒng)計特征

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件抵抗外加作用和變形的能力。影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力不定性的因素主要有三方面：

3.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料性能的不確定性

材料性能是指材料的強(qiáng)度、剛度、彈性模量、屈服比等物理力學(xué)性能。 由于材料質(zhì)量、加工工藝、外界環(huán)境、尺寸等因素引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中材料性能的變異性，稱之為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料性能不確定性。 在實(shí)際的結(jié)構(gòu)工程中，對于構(gòu)件的材料性能，要考慮到材料實(shí)際性能與標(biāo)準(zhǔn)試件材料的差異。

3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性

結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何參數(shù)是指構(gòu)件的截面幾何特征，其不確定性產(chǎn)生的原因可以歸結(jié)為兩類：（1）初始偏差（放線、制造、生產(chǎn)等）引起的不確定性，與時間變化無關(guān)；（2）由荷載作用、物理化學(xué)等作用引起的不確定性，與時間變化有關(guān)。 所以對幾何參數(shù)不確定性的考慮是必不可少的。

3.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算模式的不定性

結(jié)構(gòu)抗力的計算公式是通過理論分析和總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷總結(jié)得來的，其精確度有待考量，所以需要考慮在抗力計算中由基本假定的近似性公式的不精確性引起的誤差。

為了簡化確定抗力的統(tǒng)計參數(shù)，抗力的各種影響因素都可當(dāng)做與時間無關(guān)的隨機(jī)變量來考慮。直接統(tǒng)計各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力仍存在困難，目前的做法是先確定各影響抗力的因素的統(tǒng)計特征參數(shù)，然后根據(jù)抗力與各因素之間的函數(shù)關(guān)系，運(yùn)用統(tǒng)計參數(shù)運(yùn)算方法，即誤差傳遞公式求出結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的統(tǒng)計參數(shù)。 由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力R 一般都是多個隨機(jī)變量的函數(shù)，其概率分布往往是偏態(tài)，一般假定抗力R 服從對數(shù)正態(tài)分布，其統(tǒng)計參數(shù)μ 和σ 按誤差傳遞公式求出。

4 結(jié)束語

總之，縱觀近年來國內(nèi)外對聯(lián)肢剪力墻的大量實(shí)驗(yàn)研究，聯(lián)肢剪力墻在洞口間連梁和墻肢底部處容易破壞。 墻肢底部破壞表現(xiàn)為，縱向受拉鋼筋屈服，墻肢受壓區(qū)混凝土壓碎。 連梁的破壞形態(tài)有斜拉破壞、斜壓破壞、剪切-滑移破壞以及彎剪破壞。 若能在保證墻肢不破壞的前提下，增加連梁的塑性轉(zhuǎn)動能力，能使剪力墻獲得較大的塑性變形能力。因此，設(shè)計具有適當(dāng)強(qiáng)度、剛度和良好變形性能連梁的聯(lián)肢剪力墻對改善結(jié)構(gòu)體系的抗震性能，提高抗震能力至關(guān)重要。

［1］包世華,方鄂華.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京:清華大學(xué)出版社,1990.

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