摘要：本文根據計算機仿真原理的基本思想，采用大型通用有限元軟件對無翼墻(一字型)和有翼墻(L型、T型截面)短肢剪力墻結構進行了單調加載下的擬靜力仿真試驗。分析了影響短肢剪力墻結構的三種因素:截面形式、肢厚比和深梁跨高比對承載力的影響，得出了模型的開裂荷載、屈服荷載及極限荷載，并進行了對比分析。
關鍵詞：短肢剪力墻,深梁,有限元分析
引言
近年來，隨著經濟的飛速發展和生活水平的不斷提高，人們對住宅，特別是對高層住宅的建筑平面與空間的合理布局提出了越來越高的要求。又由于我國人地矛盾的進一步激化，這決定了高層與小高層住宅建筑將會是我國未來建筑的主流，而從工程實際中發展起來的短肢剪力墻結構體系，它的墻肢較短，布置靈活，可調整性大，容易滿足建筑平面的要求。這種結構體系將會被越來越廣泛的應用于住宅及其它高層和小高層建筑中。
1.分析模型的建立
1.1模型所用材料性能
(1)混凝土
(2)鋼筋
1.2 模型尺寸及網格劃分
1.2.1 模型尺寸
本文的計算模型采用1:1的單層短肢剪力墻模型，分為有翼緣墻(S)和無翼緣墻(FS)。其中，有翼緣墻又分為T型墻體(FST)和L型墻體(FSL)。墻肢截面厚度均為200mm，深梁寬與墻厚相同。所有模型墻肢豎向配筋率均為2%，水平方向配筋率均為0.4%，連筋配筋率為0.3%;翼墻縱筋配筋率為2%，箍筋的配筋率為0.4%，連筋配筋率為0.3%。根據《鋼筋混土深梁設計規程》中的有關規定，深梁的下部縱向鋼筋宜均勻布置在梁下邊緣以上0.2h 的范圍內，故在建立深梁模型時，將其分為兩部分，即深梁 圖1-1 構件尺寸詳圖
下部和其它部位，然后再利用ANSYS中布爾運算來消除可能存在的空隙。深梁下部水平方向配筋率為3.2%，豎向配筋率為0.3%，連筋配筋率為0.2%，深梁其它部位水平方向配筋率為0.5%，豎向配筋率為0.3%，連筋配筋率為0.2%。模型如圖1-1所示。構件共分為A、B、C三組，其中A組為無翼緣墻，B組為L型墻，C組為T型墻。具體尺寸參數見表1-1、1-2、1-3
1.2.2 網格劃分
ANSYS中包含兩種網格劃分方法:自由網格和映射網格[50]。自由網格是沒有特定的準則，對于單元形狀沒有限制，劃分成的單元也是不規則的。相比之下，映射網格有利于結點數據的儲存，計算速度快，耗時少。根據短肢剪力墻幾何形狀比較規則的特點，本次ANSYS分析對T型短肢剪力墻采取映射網格劃分。不過在劃分之前，必須把短肢剪力墻分割成2個規則的六面體(比如分為翼緣部分和腹板部分)，然后再對它映射網格劃分。所有試體的單元尺寸大小均為100×100×100mm的正方體。劃分結果如圖1-2所示(以FSL1。FST1為例)。
1.3 加載制度
模型的加載方向見圖4-5，加載方式如下示：
● 豎向荷載
在施加荷載時，首先要施加豎向荷載，其大小根據軸壓比，利用下面的公式確定：
● 水平荷載
保持豎向荷載不變，給構件施加水平荷載，水平荷載逐級施加，每級荷載循環兩次，直至構件破壞。水平荷載施加制度見表4-6。
2. 模型計算結果分析
.2.1模型的裂縫圖分析
分布式模型在荷載作用下的初始裂縫和破壞裂縫分布如圖2-1所示(以S2、FSL2、FST2為例)，由圖可知，3個無翼墻試體的初始裂縫均發生在墻肢與深梁底部的交接處及荷載施加的部位，而后在墻肢底部也出現裂縫，然后裂縫向墻體內部發展，最終使墻體破壞;有翼墻試體初始裂縫形態較復雜，FSL1～FSL5試體初始裂縫出現在深梁兩端與墻肢交接處及翼墻的邊緣部位，然后隨著水平荷載的逐漸增大，翼墻底部出現受拉裂縫，翼墻與墻肢交接處也開始出現裂縫;FST1試體的初始裂縫出現在墻肢與深梁的交接部位及翼墻底部，隨后在翼墻底部及翼墻與墻肢交接處也有裂縫產生， FST2～FST5試體初始裂縫出現在深梁兩端與墻肢交接處，然后翼墻底部出現受拉裂縫，翼墻與墻肢交接處也開始出現裂縫。另外，與普通短肢剪力墻結構中的連梁不同，深梁構件上也承受著均布面荷載，在荷載作用下，深梁構件的底部也較早的出現了受拉裂縫。
2.2.短肢剪力墻模型影響因素分析
2.2.1單調荷載下荷載位移曲線分析
影響短肢剪力墻結構性能的因素有很多，在本次模型分析中主要考慮截面形式、肢厚比、以及深梁跨高比對短肢剪力墻的影響。
取軸壓比為0.3，得到試件S1、S2、S3、FSL1、FSL2、FSL3、FSL4、FSL5、FST1、FST2、FST3、FST4、FST5在單調荷載作用下的荷載位移曲線如圖2-2所示。無翼墻試體和有翼墻試體的荷載位移曲線，在開裂前基本是按線性變化;開裂后，按曲線變化。無翼墻試體的開裂荷載和極限荷載比有翼墻試體要小很多。有翼墻試體中的T型墻試體的開裂荷載和極限荷載比L試體要高，但差別不大。隨著肢厚比的增大，無翼墻試體和有翼墻試體的開裂荷載和極限荷載逐漸增大。隨著深梁跨高比的逐漸增大，有翼墻試體的開裂荷載和極限荷載逐漸增大。
2.2.2 承載能力分析
通過對有限元計算結果進行對比分析，可看出深的跨高比、肢厚比、截面形式和軸壓比對短肢剪力墻開裂荷載，屈服荷載和極限荷載影響程度大小。
1.計算結果及其分析
(1)肢厚比及截面形式對短肢剪力墻的影響
取肢厚比為5，6.5，8的無翼緣及有翼緣的墻體，保持深梁跨高比為2.0，分析肢厚比和截面形式對短肢剪力墻的影響(見表2-1，圖2-3、2-4)。
①隨著肢厚比的增大，無翼墻試體和有翼墻試體的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載都在增大;
②開裂荷載曲線增長趨勢較平緩，而屈服荷載和極限荷載曲線增長趨勢較激烈。
①與有翼墻試體相比，無翼墻試體開裂荷載、屈服荷載和極限荷載都要小;
②有翼墻試體中L型試體與T型試體相比，開裂荷載及極限荷載相差不大，但屈服荷載要大很多。
(2)深梁跨高比對短肢剪力墻的影響
取肢厚比為6.5的有翼緣試體(FSL2、FSL4、FSL5及FST2、FST4、FST5、)分析深梁跨高比對短肢剪力墻的影響見表2-2。
①隨著深梁跨高比的增大，短肢剪力墻的開裂荷載、屈服荷載、極限荷載逐漸減小，且減小的幅度逐漸減小。
②與屈服荷載和極限荷載相比，開裂荷載隨著深梁跨高比的增大，減小的幅度要小。
3. 結論
(1)不同影響因素對模型承載能力影響程度存在差異。縱向比較各種因素的影響程度，可知肢厚比、軸壓比和深梁跨高比對模型屈服荷載及極限荷載影響較為顯著，無翼墻試體和有翼墻試體之間的開裂荷載、屈服荷載及極限荷載相差很大，而有翼墻試體中的L型試體和T型試體的極限荷載相差不大，但屈服荷載相差很大。
(2)對于含深梁構件的短肢剪力墻結構，可以根據實際情況選擇通過改變墻肢肢厚比和深梁跨高比來提高短肢剪力墻結構體系的承載能力。另外，由于一字形短肢剪力墻的延性和平面外穩定性比較差，對于無翼墻試體的使用要慎重。
參考文獻：
[1]容柏生.高層住宅建筑中的短肢剪力墻結構體系[J].建筑結構學報，1997,18 (3):14-19.
[2]混凝土結構設計規范(GB5oolo-2002)[S].北京:中國建筑工業出版社，2002
[3]劉肖凡.箱形轉換層上短肢剪力墻結構體系抗震性能研究[D].武漢理工大學博士學位論文，2008.
[4]宋瀟.帶翼緣短肢剪力墻與異形柱的有限元分析[D].太原理工大學碩士學位論文,2010
[5] 李保洲,李成江.ANSYS在房屋建筑工程中的應用[J].國外建材科技,2006,27(6):63-65.
