底框架剪力墙-砌体结构受力性能分析

2012年8月湖北第二师范学院学报

Aug．2012第29卷第8期

Journal of Hubei University of Education

Vol．29

No.8

底框架剪力墙－砌体结构受力性能分析

胡显燕1

，邓

娟2，王玉岚1

，邓

洋

1

（1．湖北第二师范学院建筑与材料工程系，武汉430205；2．中冶南方工程技术有限公司，武汉430223）

摘

要：本文通过对底部框架剪力墙－砌体结构采用ANSYS 有限元软件进行建模，简化砌体结构的模型参数，然后进行模态分析，

并在重力荷载和水平荷载作用下，采用时程分析法，对结构进行受力和变形分析，满足规范要求。关键词：底框架剪力墙砌体结构；ANSYS ；模态分析；变形收稿日期：2012－05－15

中图分类号：TU279

文献标识码：A

文章编号：1674-344X （2012）08-0094-02基金项目：校级重点学科建设项目；优秀科研教师团队建设项目（2012K303）

作者简介：胡显燕（1977－），女，湖北潜江人，讲师，硕士，研究方向为防灾减灾及防护工程。

1

概述

底部框架剪力墙砌体结构一般底部空间大，能满足商场、会议室、展览厅等需要大空间要求的建筑，上部砌体结构分隔较多，能满足住宅，办公等要求。这种结构形式经济实用，所以在现代科技结构不断发展的今天仍有较多的结构形式采用底框剪力墙砌体结构的形式。很多学者对这种结构进行了研究探讨。李琪等人在水平位移模式和水平力模式下研究了底部框架－抗震墙砌体结构在地震作用下的弹塑性反应，发现随

着地震强度的增加，

均匀分布的水平力模式的静力弹塑性分析结构更接近时程分析结果［1］

。郑山锁等人按照1：6比例模型模拟了底部框架－砖抗震墙上部砖房在地震作用下的受力特点，变形特征，破坏形态等，提出了结构弹塑性动力分析的力学模型和方法，提出

了抗震建议［2］

。郭猛等人提出为增强框架结构和底部框架砌体结构的抗震性能，在框架内部设置稀疏框

格复合墙形成组合式抗震墙的方法，

并对该组合式抗震墙抗剪承载力计算方法进行了研究，文章中的建议公式有较好的计算精度，可供底部框架砌体结构的新

建或震后重建参考［3］

。

本文针对底部一层框架剪力墙，上部四层砖混结构的实例进行有限元计算，分析其受力性能。2实例建模

某底部框架剪力墙结构－上部砖砌体结构，五层底框架砖房，底层顶板为钢筋混凝土板150mm 厚，梁的截面尺寸为250mm ˑ650mm ，柱的截面尺寸为450mm ˑ450mm ，砼抗震墙厚180mm ，圈梁尺寸240mm ˑ180mm 和构造柱240mm ˑ240mm ，均采用C30混凝土。砖房墙体采用Mu10的砖，M10的砂浆，砖墙基本于梁下设置。房屋平面和立面尺寸如图1所示。

本文采用有限元软件ANSYS 对实例进行建模分析，

其中，框架柱、框架梁采用beam188单元，剪力墙采用SHELL63单元，砌体墙采用shell63单元模拟。Beam188单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构，该单元基于铁木辛格梁结构理论，并考虑了剪切变

形的影响，

beam188是三维线性或者二次梁单元，每个节点六个或七个自由度。SHELL63既有弯曲能力和又具有膜力，可以承受面内荷载和法相荷载。本单元每个节点有6个自由度，应力刚化和大变形能力已经

考虑其中［4］

。其中砌体墙也考虑用SHELL63单元进行模拟，分析整体变形及模态分析，材料用C15，厚度10mm 进行简化建模。建模时省略了上部砌体结构的

圈梁和构造柱。根据

《混凝土结构设计规范》GB50010－2010［5］的规定，混凝土泊松比采用0．2。建立有限

元模型，进行网格划分［6］

。模型如图2所示。3结果分析

为了了解结构的振动特性，通过模态分析确定结构构件的频率响应和模态。模态分析属于线性分析，模态分析选用Subspace 法，这里计算了底部框架剪力墙砌体结构的固有频率及对应的振型。结构自振周期和固有频率见表1

。

图1底框砖房基本结构的底层平面和剖面图

表1

各阶模态频率振型阶数12345频率（Hz ）

3．0460

8．2290

11．237

22．484

23．327

结构五阶振型图如图3所示，

底部框架剪力墙结构－上部砖砌体结构主要承受自重荷载和水平荷载，为验算其结构安全性，计算在自

·

49·

图2ANSYS

模型

图3五阶模态振型图

重荷载和水平荷载作用下的变形特性和受力特性，其

总变形，X 方向，Y 方向结点位移图，如图4所示。根据《2010混凝土规范》对受弯构件的挠度限值规定为lo /200=24mm ，从以上变形看，满足要求。从上图可

以看出，

沿X 方向结点位移主要集中在剪力墙部位，即沿纵向的变形最大，主要靠剪力墙来承受。设计构件时要满足变形刚度的要求。五种变形中，主要以一阶的变形为主

。

图4变形图

4

结论

（1）采用有限元方法分析底部框架剪力墙结构－上部砖砌体结构时，可以将砌体结构模型简化为SHELL63单元进行计算，提高计算效率。在今后进行的开裂分析中考虑采用SOLID65单元进行模拟。

（2）对底部框架剪力墙结构－上部砖砌体结构进行模态分析时，五阶模态中，以第一阶模态为主，设计时主要控制第一阶模态的变形，后几阶的变形可以通过构造设计满足要求。

（3）如果要做更细致的研究工作，对砌体材料应采用SOLID65单元模拟，而且要控制砌体这种非线性材料的收敛性。这也是下一步工作的研究重点。参考文献：

［1］李琪．底部框架－抗震墙砌体结构静力弹塑性分析［

J ］．河海大学学报（自然科学版），

2007，45（1）．［2］郑山锁．底部框剪砌体房屋抗震性能的试验研究［

J ］．土木工程学报，

2004，37（5）．［3］郭猛，等．框架－稀疏框格复合墙抗剪承载力计算方法研究［J ］．四川大学学报（工程科学版），2010，42（5）．［4］曾攀，等．基于ANSYS 平台有限元分析手册。结构的建模

与分析．北京：机械工业出版社，

2011．［5］中华人民共和国国家标准．《混凝土结构设计规范》GB50010－2010．北京：中国建筑工业出版社，2011．

Analysis of the Frame Structure and Masonry Composite Structure

HU Xian-yan 1，DENG juan 2，WANG Yu-lan 1，DENG Yang 1

（1．Department of Architecture and Material Engineering ，Hubei University of Education ，Wuhan 430205，China ；

2．WISDRI Engineering ＆Research Incorporation Limited Company ，Wuhan 430223，China ）

Abstract ：The model of frame and masonry composite structure is built to analyse through simplifying the parameter of the masonry in this paper．The stress and the deformation of the structure is analyzed through time history analysis method when the gravity and the horizontal load are considered．The result is conformed to the standard．Key words ：frame and masonry composite structure ；ANSYS ；modal analysis ；deformation

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