覃凯
柳州市银星建筑设计有限公司，广西 545004
摘要：科技的进步，促进工程建设事业得到快速发展。随着我国建筑行业的快速发展，高层和超高层结构日益增多，对相应的设计水平和理论水平的要求也不断提高。剪力墙作为高层建筑中常用的构件，其侧向刚度大，具有较强的抗震承载能力，在结构体系中承担了大部分水平剪力，充当着结构的第一道抗震防线。本文就框架剪力墙结构中剪力墙端柱设计展开探讨。
关键词：框架剪力墙；端柱；结构
引言
框架剪力墙结构是由框架和剪力墙两部分组成，在结构设计中，由于框架和剪力墙自身的侧向刚度差异较大，因此需要考虑二者的协同工作。在常规的工程设计过程中，对于软件建模方式，框架剪力墙结构中剪力墙端柱有两种建模方式：一是端柱按框架柱输入，剪力墙墙身直接布置到框架柱的节点上，这种建模方式操作方便；二是端柱按照墙输入，即在端柱部位建立三个节点，将端柱当作厚墙输入和墙身联成一体。两种建模方法的计算结果肯定不同，有时会差异较大。本文对此提出一些探讨性意见和设计建议。
1带端柱剪力墙抗震性能影响因素分析
（1）刚度退化。试件的刚度随着位移的增加而降低，加载初期，轴压比为0。6的试件有着最高的刚度值，随着轴压比的降低，初始刚度随之下降。在加载过程中，各试件的刚度不断下降。到试件加载末期，所有试件的刚度逐渐趋于一致。轴压比大的构件刚度退化的速度也较快。这表明增大轴压比有助于增强剪力墙试件在的初始刚度刚度以及试件在加载过程中的刚度，但在加载后期各试件的刚度差异不大。（2）骨架曲线。在加载初期结构处于弹性变形阶段，其骨架曲线基本重合，至加载后期，当剪力墙轴压比提高时，剪力墙的屈服荷载、峰值荷载均有所提高，同时，试件达到屈服荷载、峰值荷载时的位移有所下降。提高轴压比，可以限制斜向裂缝的开展，提高了结构抗震承载能力。（3）耗能能力。在水平加载初期，试件的耗能量非常小甚至可以忽略不计，随着荷载的增加，结构的耗能量也逐渐稳定增加。轴压比从0。15到0。6的不同试件在同一顶点位移处，轴压比为0。6的试件在4个试件中耗能能力最低，轴压比为0。15的试件有着较好的耗能能力。这说明轴压比的增大使剪力墙在地震中吸收地震能的能力降低。
2理论分析
结构建模当端柱按照框架柱输入时，框架柱和剪力墙重叠的部分软件在计算的时候程序会重复计算，计算出来的结果可能会存在下列问题：（1）计算轴压比会小于实际轴压比，降低结构的实际延性，导致建筑抵抗地震力等水平力作用下的抗变形能力有所降低，重叠越多越显著；（2）抗剪计算时，重叠部分也重复计算了，这样计算抗剪能力会大于实际承载能力；（3）按照力学方法计算的刚度时，EI=EЁ（IC+ACX2+IW+AWX2）,X为各柱或墙到楼层形心的距离。因为端柱划到框架柱的范畴，墙的刚度要减小，对于少墙方向，情况非常明显，这样计算出来的整幢建筑的剪切刚度会小于实际刚度，结构自振周期长于实际周期，计算地震力小于实际的地震力。多墙方向可能因为重叠区域增多，计算可能会增大；（4）导致端柱承担的水平力纳入框架柱的范畴，使得纯框架柱计算承担的地震力大于实际承担的地震力，甚至可能会使得纯框架柱承担的地震力小于规范规定的最小值，框架失去二道防线的能力。结构建模当端柱按照墙体输入时，软件计算认为端柱和墙身形成一体，重叠部分软件在计算的时候程序不会重复计算，这样计算出来的轴压比会比较接近实际轴压比。剪切刚度计算时，端柱纳入墙体计算，因为在水平力作用下的端柱变形符合柱的剪切变形特征，墙体变形特征符合弯曲变形特征，而实际变形要保持一致，因此计算的剪切刚度会大于实际刚度。结构自振周期会小于实际周期，计算地震力会大于实际地震力，尤其是在剪力墙比较少的方向情况更明显。
当计算地震力小于规范规定最小值时，影响地震力调整系数，导致结构不安全。为了解决这个问题，软件计算结构自振周期时采用规范给予的计算公式T1=1。7ψT。顶点位移UT计算时按照规范给予的方法计算结构侧向刚度，两种建模方法刚度计算结果不会差别太大，因而周期计算结果相差不大。
3带端柱剪力墙特征点弯矩-曲率分析
（一）分析假定。（1）假定截面上同时存在受拉区和受压区。不考虑偏心矩很小,全截面受压的情况,这种情况在剪力墙底部截面出现的几率较小。（2）平截面假定成立。在开裂及开裂前,应变为线性分布,在屈服及屈服以后,平均应变为线性分布。（3）剪力墙的破坏都是因截面材料强度耗尽而产生的破坏,属材料破坏类型。（二）承载力及变形分析。从试验过程可以看出,这6个剪力墙试件首先在受拉区产生横向裂缝,接着受拉区裂缝不断发展,受拉钢筋屈服,受拉变形的发展大于受压变形的发展,中和轴向受压区移动,最后受压区边缘混凝土达到极限压应变值而被压碎,同时受压钢筋也屈服,构件破坏。有明显的开裂、屈服、峰值和破坏阶段。
4建议
按柱子输入计算时，剪力墙轴向力和轴压比等不符合剪力墙的实际情况，计算得到的层间位移偏小，层刚度较大，配筋较大，轴压比偏小，不过两种情况对总体指标都有较好的控制，影响不大。因此在设计过程中建议当采用按柱子输入时，特别是对于比较大的端柱，要注意适当加大端柱的配筋，同时还要注意轴压比的控制，不宜控制得太紧。同时，按柱输入时，端柱的抗震等级要和剪力墙一致，如果出现异常配筋，也可以按剪力墙进行复核。
结语
框架剪力墙结构中剪力墙端部设置端柱时，程序建议按墙＋柱模型输入计算，原因是对墙平面外刚度的考虑，而这种墙采用墙元模型、端柱采用柱模型，会造成同一结构里的构件采用不同计算单元进行模拟计算，由于不同的计算单元会产生模型化差异以及相互影响的变形协调问题，会导致计算结果差异较大，因此，应注意以下几个问题：（1）对于带端柱的剪力墙，程序计算时重复考虑了二者重叠的区域，导致竖向构件面积计算误差，这会影响剪力墙的抗剪承载力和轴压比的计算，而且剪力墙墙肢截面长度越小，其计算误差相对就会越大，计算越偏于不安全；（2）端柱按框架柱输入模型，计算框架柱承担的剪力Vf会大于实际承载力，影响到Vf≧0。2V0的调整，从而导致计算结果不合理，甚至不安全；（3）当程序按墙＋柱的方式输入模型时，容易忽视一个问题，即软件默认端柱的抗震等级按框架柱来定义，而工程设计通常涉及到的框剪结构中，剪力墙的抗震等级往往大于或等于框架的抗震等级，这样就有可能会定义错端柱的抗震等级，出现结构设计偏不安全，因此，这种情况下应人工调整剪力墙端柱的抗震等级，避免出现设计错误；（4）当某项参数接近规范限值时，应将端柱按照墙建模复算，结果应满足规范要求。
参考文献
[1]安青元.剪力墙端柱在不同的建模方式下对结构的影响[J].安徽建筑,2019,26(12):82-84.
[2]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析（第三版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2018.
[3]李莉，薛素铎，曹万林．高强高性能混凝土剪力墙的研究现状及展望［J］．世界地震工程，2018，24(2):90－96．
[4]章红梅，吕西林，鲁亮，等．边缘约束构件对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响［J］．地震工程与工程振动，2018，27(1):92－98．
[5]梁兴文，邓明科，张兴虎，等．高性能混凝土剪力墙性能设计理论的实验研究［J］．建筑结构学报，2018，28(5):80－88．