钢筋混凝土空心剪力墙与同体积实心钢筋混凝土剪力墙的抗震分析

张 庆，郭远东

(1.吉林建筑工程学院 土木工程学院，吉林 长春 130000；2.吉林省新发建设开发中心，吉林 长春 130000)

利用建筑物墙体作为抵抗水平荷载，承受竖向荷载的结构构件，称为剪力墙结构体系[1].剪力墙结构体系是一种有效的结构体系，具有抵抗风荷载，承受竖向荷载及抗震等三个功能；具有较高的抗侧刚度，所以对减小结构层间位移极为有效.然而，由于刚度较大，剪力墙会吸收大量的地震能量，并且剪力墙的自重比较大，提高了结构的自重和工程造价，可以采用钢筋混凝土空心剪力墙弥补实心剪力墙的缺点.钢筋混凝土空心剪力墙理论是在我国上世纪90年代提出的，它具有如下的优点：钢筋混凝土空心剪力墙中间有空气层，具有很好的保温、隔热、隔音作用；采用一次性纸管内模成孔和平板振捣器振捣施工，施工方便；极大的降低了结构自重，并且降低工程造价，具有很好的经济性.本文采用时程分析法对钢筋混凝土空心剪力墙与同体积实心钢筋混凝土剪力墙进行抗震位移分析.

1 时程分析法原理

时程分析方法是将地震波进行时段数值化后，输入结构体系中，得到振动微分方程，对结构体系进行弹性或弹塑性动力分析，同时考虑地震的持续时间，使结构处于动力分析阶段[2].使用时程分析法进行地震作用的反应分析时，必须确定合理的构件模型和选择合理的地震波.

地震波选取[3]可以采用以下三种途径：①若在拟建场地有实际强震记录时，可以采用该强震记录.②国内外都已经积累了不少典型的、有代表性的强震记录，可以根据实际情况采用典型的强震记录.③采用人工拟合地震波.地震波的选取数量和选取原则需要根据实际情况进行选取，地震加速度记录数量太少或太多都不能真实的反映结构的抗震效果.

本文对结构进行时程分析首先要选取地震波，由于没有本拟建场地的实际强震记录可以采用，因此选择使用典型的强震记录，一般的时程分析法进行结构抗震分析运用的基本是四大经典强震记录，本文选择的地震波是四大经典强震记录之一，发生于1940年美国Imperial山谷的EL-centro地震波东西方向的地震记录，这是世界上第一条成功记录全过程数据的地震波，对于人类地震的研究有着重大的意义.其次根据实际工程的场地情况对地震波的强度进行调整，使其符合预定的加速度峰值.再次按照实际所处场地的设计分组(震中距离、震级大小)和场地类别(场地条件) ，调整地震频谱特点.最后根据本结构工程的实际研究情况对地震调整持续时间，不论持续时间的长短，应包含地震记录的最强部分.

图1 调整后的EL-centro(东西)地震

2 输入地震波的选择与调整

本文的地震波采用选取著名强震记录中的EL-centro(东西)地震波记录，本地震发生在1940年5月，震级为6.3级，适合于Ⅱ类场地，峰值加速度为210.1 cm/s2，依据以上地震波调整理论，将地震波进行调整，调整后的地震波如图1所示.

图2 二层空心剪力墙计算模型

图3 空心剪力墙的二层顶点的位移时程曲线

图4 空心剪力墙的一层顶点的位移时程曲线

图5 同体积普通剪力墙的二层顶点的位移时程曲线

图6 同体积普通剪力墙的一层顶点的位移时程曲线

3 空心剪力墙与同体积普通剪力墙位移对比分析

本文在分析钢筋混凝土普通剪力墙和空心剪力墙时，根据剪力墙的尺寸和优化计算确定的孔洞率，通过ANSYS对空心剪力墙建立初始模型如图2所示，由于钢筋混凝土空心剪力墙中孔洞均匀分布，此构件中孔间距及壁厚相对于整个构件尺寸很小，造成单元划分过多，对于空心剪力墙计算分析都很困难，当单个计算文件容量大于4G，计算难以完成.本文建立一个二层空心剪力墙简易模型进行钢筋混凝土空心剪力墙和同体积实心钢筋混凝土剪力墙的位移对比分析，计算模型如图2，EL-Center波的记录时长12s，时间间隔0.02s，从一记录值中每个0.2s取一个值，一共取60个值，得到位移时程曲线如图3～图6所示.

由图3和图4可知空心建立墙的二层顶点最大位移是2.17058×10-6，一层顶点的最大位移为1.63658×10-6，层间位移为5.34×10-7，而由图5和图6可以确定同体积普通剪力墙的二层顶点最大位移是2.99569×10-5，一层顶点的最大位移为1.14319×10-5， 层间位移为1.8525×10-5，所以在相同的体积和地震波作用下，空心剪力墙的顶点位移和层间位移均小于同体积普通剪力墙的.

空心剪力墙的顶点最大位移与楼高的比值为0.3876×10-6,层间位移与层高的比值为1.907×10-7，满足规范要求的1/1000限值.

4 结论

通过ANSYS建立钢筋混凝土空心剪力墙和同体积实心钢筋混凝土模型，利用时程分析方法对钢筋混凝土空心剪力墙和同体积实心钢筋混凝土剪力墙的顶点位移和层间位移进行比较分析，得到了空心剪力墙的位移要小于同体积实心剪力墙.

参考文献：

[1]衰春燕.不同形式钢筋混凝土空心剪力墙非线性有限元分析[D].西安:西安建筑科技大学，2005.

[2]柳炳康，等.工程结构抗震设计[M].武汉：理工大学出版社，2005.

[3]杨溥，赖明.结构时程分析法输入地震波的选择控制指标[J].土木工程学报，2000，33(6):33-37.