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随着生活水平的提高,人们对住房提出了自由分割空间的要求,为此,新型大空间板墙结构体系越来越受到人们的关注。
新型大空间板墙结构,无梁无柱,只有楼板和剪力墙作为主要的承重构件。由于楼板跨度大,竖向荷载会引起较大的剪力墙出平面弯矩,不容忽视。本文分别采用了弹性薄板理论,钢筋混凝土基本理论和有限元方法,研究了钢筋混凝土剪力墙出平面的内力、变形及承载力,对剪力墙的分布钢筋给出了实用的计算方法,分析了影响剪力墙出平面承载力的各种因素。主要研究成果如下:
(1)基于弹性薄板理论,研究了楼层间的剪力墙在墙面纵向压力和楼板板边约束弯矩共同作用下的挠度和内力。考虑板墙连接确定层间剪力墙的上下端弯矩分布,借助侧向力和纵向力共同作用下小挠度平板的基本方程,导出了剪力墙在端弯矩和纵向压力共同作用下的出平面挠度和弯矩表达式,利用Mathematjca语言编程计算,并与有限元计算结果进行了比较,验证了其正确性;分析了剪力墙出平面弯曲的各种影响因素,其中剪力墙端弯矩及墙厚变化对其影响较大。
(2)根据钢筋混凝土基本理论,对大空间板墙结构剪力墙分布钢筋的计算进行研究。推导了压弯板的转角刚度方程,根据无侧移板墙结构的稳定方程计算剪力墙的计算长度(高度)系数,分析了影响剪力墙分布钢筋配筋的各种因素。剪力墙竖向分布钢筋按扁柱计算,水平分布钢筋按板计算,偏于安全。
(3)利用ANSYS程序建立钢筋混凝土有限元模型,分析了剪力墙在端弯矩与纵向压力共同作用下的应力,位移和剪力墙破坏时的极限荷载;分析了竖向分布钢筋、水平分布钢筋、边缘约束(简支,固支,端暗柱等)对剪力墙出平面承载力的影响。随竖向分布钢筋、边缘约束的加强,剪力墙出平面承载力增大且影响明显,随水平分布钢筋的加强,剪力墙出平面承载力增大但影响较小。
实际工程设计中可适当增加墙厚,减小剪力墙端弯矩,加强剪力墙竖向分布钢筋,加强剪力墙边缘约束提高剪力墙出平面承载力,从而实现大空间板墙结构。