1、剪力墙结构抗震性能影响因素摘要：剪力墙结构是利用建筑物墙体作为建筑物的竖向承载体系，并用它抵抗水平力的一种结构体系。由于剪力墙数量很多,导致结构的基本周期短,地震作用大,而且钢筋和混凝土材料强度不能充分发挥,造成浪费。文章主要对抗震设计特征周期进行了分析。 关键词: 地震影响系数；设计特征周期；剪力墙 中图分类号： P315.3+1 文献标识码：A 文章编号： 随着我国经济快速发展，中、小高层住宅越来越多，剪力墙结构在住宅建设中得到了普遍应用, 为了降低工程造价, 设计人员结合工程实践, 采取了一种墙肢截面高度较小的短肢剪力墙作为主要抗侧力构件。根据建筑抗震设计规范(GB50011-2001)
2、，结构所受水平地震作用可按“底部剪力法”或“振型分解反应谱法”进行计算，其公式分别为: (1)底部剪力法: (2)振型分解反应谱法: 式中，Geq、Cj、Xji、Gi 均为结构自身静力或动力特性，与建设场地无关;而 1 和 j 则为水平地震影响系数，除受结构自身特性影响外，还受建设场地抗震设防烈度、场地类别、 设计地震分组以及阻尼比的影响。 1 影响分析 根据建筑抗震设计规范 （以下简称抗规）第 5.1.4 条:“建筑结构的地震影响系数应根据烈度、场地类别、设计地震分组和结构自振周期以及阻尼比确定” 。 (1)“抗震设防烈度”对应“抗规”表 5.1.4-1 选取水平地震影响系数最大值(max)
3、; (2)“场地类别” 、 “设计地震分组”对应表 2(“抗规”表 5.1.4-2)选取设计特征周期(Tg)，个别地区有特殊规定时除外，如广东，虽为类场地、第一组设计地震分组，但其设计特征周期取值 Tg=019s，大于国家规范的 0165s; 表 1 特征周期值 s (3)“结构自振周期(T)”根据结构实际等效质量及刚度分布确定; (4)“建筑结构阻尼比()”除有专门规定外，通常取值 0.05。 由上述四个参数(max、Tg、T、)，结合图 1 地震影响系数曲线(“抗规”图 5.1.5)即可确定“特定场地” 、 “特定结构”的地震影响系数()，并根据公式(1)、公式(2)求取结构所受地震作用值
4、 Fek 或 Fji。 -地震影响系数; max-地震影响系数最大值;1-直线下降斜率调整系数; -衰减指数;Tg-特征周期; 2-阻尼调整系数;T-结构自振周期 图 1 地震影响系数曲线 图 1 中，曲线下降段起始点对应的周期值为 Tg(即设计特征周期)。它可以评价地震震级、震中距和场地类别等对地震作用的综合影响。Tg的取值直接决定曲线平段和下降段的宽度。表 2、图 2 以三个不同的场地类别为例，展示了 Tg 的基本特性。 图 2 中三条曲线上升段完全一致，最高点也相同，差别仅在于平段的宽度和下降段的取值。假设有一已知结构，结构第一自振周期为 T1，则由图 2 求取的地震影响系数()如表 3
5、 所示。 表 2 三个不同场地类别 图 2 地震影响系数曲线对比 表 3 不同自振周期对应的地震影响系数 由表 3 可知: (1)当 T1 小于“国家类”的 Tg(即 T0.35s)时，结构在上述三个地区所受设计地震作用一致; (2)当 T1 大于“国家”类、且小于“国家类”的 Tg(即0.35s0.9s)时，结构在上述三个地区所受地震作用各不相同，其中“广东”最大、 “国”次之、“国”最小，相互间的差距随 T 增大而递减。 2 实例分析 以某实际工程为例，参照表 2 三类地区参数，简要对比分析设计特征周期对结构设计及用含钢量的影响。图 3 为 12 层剪力墙住宅的标准层结构平面图，依据 5
6、高层建筑混凝土结构技术规程 6(JGJ3-2002 设计，无地下室。 图 3 12 层剪力墙结构平面 为确保可比性，三个计算模型采用完全一致的结构布置，未针对不同地区另作调整。计算结果显示，该结构在“广东类”场地上仅能满足规范的低线要求，但在“国家类”和“国家类”上，则结构刚度较富余，水平位移远小于规范限值，应存在一定的优化调整空间，本文未予考虑。 “国家类”的地震效应仅约为“广东类”的 75%， “类”则差别更大，仅约为“广东”的 45%。其原因即为图 2 所示地震影响系数曲线间的差异。当 T=0.9s 时， “广东” 值为 0.08， “国”约为0.06， “国”约为 0.035。 通常，
7、11、12 层的小高层剪力墙结构第一自震周期 T1 接近 1.0s，与广东地区的设计特征周期(Tg=0.9s)相近，则地震影响系数 A 接近设计反应谱的最大值。而“国家类”和“国家类”场地的特征周期较小，对应 T1 的 取值已在设计反应谱的下降段。因此，小高层剪力墙结构在广东地区的地震效应较全国其他 7 度地区有明显放大，地震作用下的水平位移远大于其他地区。并致使结构抗侧力构件(如:剪力墙、连梁等)布置数量较多，设计用钢量也有显著增加。典型剪力墙边缘构件及梁计算配筋对比示意如图 4 所示。 图 4 剪力墙暗柱配筋对比 图 4 梁配筋对比 由图 4 可知，剪力墙边缘构件及梁配筋计算结果均出现显著
8、差异。 ”国家类”场地条件下，受地震作用计算控制的梁纵筋计算结果普遍小于”广东类”的 20%30%，边缘构件则稍好，约小 10%。 ”国家类”场地则更小，分别为:梁小 40%50%，边缘构件小 20%。若进一步调整结构平面布置，减少“国家类”和“国家类”的剪力墙、连梁数量，使位移角更接近 1/1000，则地震效应将更小，相应的混凝土用量及用钢量还会显著降低。 通过对剪力墙结构的动力特性、结构变形和内力特性的对比分析, 说明在相同的条件下, 短肢剪力墙更具技术经济优势。与普通剪力墙结构相比, 短肢剪力墙结构最大限度的降低了结构自重, 结构刚度小, 所以其振动周期较长; 在相同的地震波输入下, 短
9、肢剪力墙结构的水平加速度反应较小, 地震作用效应较小, 层间剪力和弯矩小, 材料充分发挥了其力学性能, 结构具有较大的延性, 有利于抗震, 水平侧移和层间角位移大, 但均满足规范要求。与异形柱剪力墙结构相比,短肢剪力墙结构刚度大, 振动周期较长; 水平侧移和层间角位移小, 抗震性能更好, 各个参数均能满足规范的要求。 3 结束语 综上所述， 为地震影响系数，是多次地震作用下不同周期 T，相同 阻尼比的理想简化的单质点体系的结构加速度反应与重力加速度之比，是多次地震反应的包络线，是所谓标准反应谱或平均反应谱。因其软土特性，致使高层结构地震效应增大明显，抗震设计难度增大，相对于其它 7 度区建筑结构材料用量较高。 参考文献 1 李大军,晋向平;剪力墙的研究现状J;大同职业技术学院学报;2010 年 02 期 2 黄立忠;剪力墙结构抗震非线性有限元分析方法的研究及其应用D;湖南大学;2003 年
