摘要：短肢剪力墙结构是一种新型建筑结构形式，由于其建筑功能、结构受力和工程造价均较合理，近年来在我国得到了广泛地应用和发展。但短肢剪力墙在地震区应用经验不多，尚缺少深入的研究和实际地震的考验。为安全起见，对短肢剪力墙结构抗震性能的研究，可以完善设计理论以及规范的相关规定，为抗震设计提供必要的参考依据。结构非线性地震反应的计算机模拟分析技术是研究结构非弹性地震反应规律的基本工具与手段之一，不仅具有理论上的意义而且具有广阔的应用前景。
关键词：短肢剪力墙；几何非线性；力学模型；地震反应分析
1．短肢剪力墙结构研究现状
随着人民生活水平的提高，对房屋的使用功能也提出了较高的要求，加之用地紧张，使住宅建筑也越来越向高层发展。由于短肢剪力墙结构体系具有建筑功能良好、平面布置灵活、部分墙体可以采用轻质隔热材料等优点，近年来在我国住宅建筑中得到广泛的应用和发展。近年兴起的短肢剪力墙结构，有利于住宅建筑布置，又可进一步减轻结构自重，但短肢剪力墙抗震性能较差，地震区应用经验不多。短肢剪力墙结构是一种新型建筑结构形式，兼有框架结构和剪力墙结构的优点，其建筑功能、受力性能和工程造价均较合理，近年来在我国得到了广泛地应用和发展。显见，规程中的这些规定是建立在地震区应用经验不多基础上的，尚缺少深入的研究和实际地震的考验。针对短肢剪力墙的研究，目前主要集中在抗震性能的试验研究和抗震计算分析及设计的层次，理论分析模型的研究较少。对于短肢剪力墙非线性分析理论和分析模型的研究很少，分析结论认为短肢剪力墙结构抗震性能优良，适合于度区推广。
2．短肢剪力墙结构的基本受力性能
短肢剪力墙结构体系是一种新兴的结构体系，目前对其受力性能的研究主要集中在抗震性能的试验研究和抗震分析与设计的层次，理论分析模型的研究很少。构件的计算模型是构件受力和变形性能的理想化形式，建立合理的计算模型必须对构件的受力特点、破坏形式等有一个全面的认识。只有这样才能正确反映构件的主要受力和破坏特点，使计算模型更加符合构件实际受力性能。
2.1短肢剪力墙破坏形态分析
不同形式的构件有不同的破坏形式，对破坏形态的认识是建立计算模型的基础。剪力墙的破坏形态一般可分为三种，即弯曲破坏、剪弯破坏和斜压破坏。弯曲破坏的剪力墙剪跨比较大，裂缝主要以水平裂缝为主，破坏时混凝土在弯矩作用下被压碎；滞回曲线呈弓形，“捏拢”现象比较严重，试件的屈服点不明显，破坏时非常突然，强度退化不明显，是典型的脆性破坏；发生斜压破坏的剪力墙一般剪跨比较小，在反复荷载的作用下，在构件腹部形成明显交叉的斜裂缝，并延伸至底部附近形成主裂缝隙，最终造成底部混凝土大面积压碎破坏。破坏阶段，受压区混凝土压碎现象严重，纵筋受压变形明显，部分纵筋压屈外鼓。需要指出的是，在实际结构中构件的剪跨比与单个构件试验时的剪跨比会有很大的不同。在影响剪力墙抗剪强度的另外几个重要因素混凝土的抗剪强度、构件的轴压比和箍筋的抗剪强度中，构件的轴压比在地震荷载作用下是不可控因素，混凝土强度对构件抗剪强度的影响相对较小，而通过改变箍筋的用量，可以很大程度上提高结构的抗剪强度。
2.2剪力滞效应影响分析
短肢剪力墙结构在侧向荷载作用下，由于腹板传递的剪力流在腹板附近要大一些，而在翼缘板内传递的过程中，由于板的剪切变形，拉应力会逐渐变小如果按初等梁理论算出的应力为。而实际截面上发生的应力则称为剪力滞系数。如果翼缘板处的正应力小于初等梁理论计算值，则称之为负剪力滞现象；如果翼缘板处的正应力大于初等梁理论的计算值，称之为正剪力滞现象。通过有限元法计算了腹板纵向正应力的分布情况，对构件的剪力滞效应进行了描述。对不同长度构件在侧向荷载作用下，几何参数和荷载形式对剪力滞系数的影响也有所不同。底部固接的短肢剪力墙在侧向荷载作用下，翼缘板内的剪力滞系数沿长度方向分布是不均匀的，正剪力滞仅在底部产生，顶端产生负剪力滞现象，甚至可能有压应力产生。高层结构中的短肢剪力墙，由于高宽比较大，剪力滞效应对其侧移刚度的影响很小。
2.3异形截面构件中性轴偏移与斜弯曲
由于截面材料刚度不均匀，截面的中性轴会发生偏移现象，不再通过截面的形心，而且沿整个杆长方向各截面的弹塑性状态不同，其偏移量也不相同。同时由于弹塑性阶段截面材料切线刚度不均匀，将导致构件截面的主惯性轴发生扭转，而与原主惯性轴不再平行，对于异形截面构件更是如此。
2.4短肢剪力墙弹塑性性能有限元分析
短肢剪力墙属于强肢弱梁型结构，连梁的屈服先于墙肢的屈服。水平裂缝首先在墙肢的底部出现，随着水平荷载的增加，自下向上发展，墙肢底部的纵向受拉钢筋逐渐屈服。随着水平荷载的增加，高层短肢剪力墙结构在水平荷载作用下，连梁屈服首先从中间靠下的楼层开始，其它各层也陆续屈服。此后，随着荷载的增加，底层受拉墙肢达到开裂弯矩而出现水平裂缝，剪力墙的侧向刚度有较明显减小，继续增加水平荷载，上部墙肢也相继开裂。改变墙肢截面高厚比、混凝土强度等级、连梁跨高比和轴压比等因素，对双肢短肢剪力墙的承载能力和变形能力都有一定的影响。通过改变这些参数可以调整短肢剪力墙结构体系的承载能力和变形能力，在短肢剪力墙结构的设计中应综合考虑这些参数的影响，以提高结构的弹塑性受力性能。
3．短肢剪力墙地震反应分析
结构非弹性地震反应的计算机模拟分析技术，不受时空条件的限制，节省人力物力，易于跟踪结构受力的全过程，适用于对结构进行大量的参数分析研究等，弥补了结构试验中的若干不足，因而成为研究结构非弹性地震反应规律的重要工具与手段之一。求解系统的动力响应问题计算计算量很大，在建筑结构中往往会采用楼板平面外刚性假定，由于该假定在多数的情况下是可以接受的。钢筋对钢筋混凝土构件的受力性能有至关重要的影响，在反复加卸载过程中，钢筋的状态确定与其加载历史有关，选择一个可靠的、能考虑各种复杂加载路径的钢筋应力一应变关系是确保程序计算精度的前提。
由于目前还难以找到考虑压剪偶合的混凝土剪切滞变模型，本文假定短肢剪力墙的破坏是受压破坏为主，采用仅考虑拉压状态来确定剪切刚度的方法。模拟结果正确反应了各种短肢剪力墙构件和结构的受力性能，并与实验结果显示出良好的一致性。验证了本文理论的正确性和所研制的结构非线性分析程序求解问题的有效性与可靠性，从而可以代替部分实验，为结构抗震性能研究提供了一个非常有力的手段最后。完成了短肢剪力墙结构的动力特性分析和非线性时程分析，结果表明短肢剪力墙结构具有较好的抗震性能，结构的薄弱部位位于底部，在构件设计时应适当加强。
4.结论
根据基于有限单元柔度法纤维单元模型，本文研制了结构非线性分析程序，实现了钢筋混凝土剪力墙结构材料与几何双重非线性问题的模拟。程序的研制采用模块化编程思路，各模块之间相对独立，通过接口进行连接，可以根据计算需要接入不同的模块，从而完成不同的计算功能。最后，完成了短肢剪力墙结构的动力特性分析和非线性时程分析，结果表明短肢剪力墙结构具有较好的抗震性能，结构的薄弱部位位于底部，在构件设计时应适当加强。
参考文献
[1] 郭泽英，李青宁，张守军；结构地震反应分析的一种新精细积分方法[J]；工程力学；2007，24(4)：35-40.
[2] 程绍革等；高层建筑短肢剪力墙结构振动台试验研究[J]；建筑科学；2000；16(1)：12-16.
[3] 宋建学；短肢剪力墙结构体系受力性能试验研究及非线性分析[D]；武汉：武汉理工大学；2002.