筒体剪力滞后效应分析及减小措施

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1、筒体剪力滞后效应分析及减小措施曹敬晓1,李如林2，　陈洪昌3（1．河北省第二建筑工程公司；2．石家庄国大集团房地产有限公司；３．河北建研科技有限公司）摘要本文介绍了筒体结构剪力滞后产生的原因以及它的种类，简单的分析了它对结构造成的影响以及在结构设计中如何考虑，讲述了它的影响因素及对应的减小措施。关键词剪力滞后；框筒；腹板；翼缘剪力滞后效应(shearlageffect以下简称SLE)包括人们熟悉的正剪力滞后效应(以下简称PSLE)，如图1(a)所示，以及1982年以后发现的负剪力滞后效应(negativeshearlag

2、effect以下简称NSLE)，如图1(b)(c)。图1筒体结构的SLE1正剪力滞后效应1.1正剪力滞后现象产生的原因对SLE的研究、应用距今已有几十年历史，但对其产生原因的文献却很少。目前学术界对产生这一效应产生的原因认识比较一致：认为是由于翼缘(主要是裙梁)的剪切变形引起角柱轴力加大，角柱受拉，使与它相连的裙梁承受剪力，同时又使与裙梁相连的第二根柱受拉；第二根柱子受拉又使与之相连的第二根裙梁承受剪力，同时又使向内的第三根柱子受拉，如此传递。这种传递造成中柱的轴力减小，角柱轴力增大。这是所谓的力传递说。可通过增大柱与柱

3、之间联系的裙梁抗剪刚度，来减少剪力滞后现象。剪力滞后与梁宽、荷载、弹性模量及侧板和翼缘的相对刚度等因素有关。框筒结构是由密排的柱在每层楼板平面用窗裙墙梁连接起来的空腹筒。框筒的受力特点比一个封闭筒更要复杂一些。这主要是连梁的柔性产生了剪力滞后现象。它使角部的柱子轴向应力增加而使中间的柱子轴向应力减小。这一作用使楼板产生翘曲，并因此而引起内部间隔和次要结构的变形［1］。引起筒体结构SLE的原因是沿翼缘方向上的抗侧力刚度不均(称为横向刚度)：角柱由于腹板的作用使其抗剪刚度增大，中柱则相对抗剪刚度减小。刚度低的中柱产生较大弯曲

4、变形，使裙梁及楼板也跟着变形，中柱抗弯能力降低，轴力减小，由于腹板的作用而刚度增大的角柱轴力自然会增大。受拉翼缘：由于腹板的作用，加强了角柱的抗剪刚度，使沿翼缘方向的抗侧力刚度不均匀。刚度低的中柱则会产生较大弯曲变形，从而引起楼板及裙梁的翘曲，如图2（a）所示，不满足平截面假定。中柱弯曲拉应力将会比理论值减小，即轴力减小。为满足力矩平衡，角柱轴力将会比理论值增大，从而使角柱轴向变形增大，楼板、裙梁翘曲加剧，如图2（b）所示。 图2楼板和裙梁翘曲示意图同时，下层楼盖的变形将会受到上层楼盖的约束，上层楼盖产生形如所示的约束反

5、力。越靠近底层楼盖变形越小，所以上层楼盖的约束反力对其影响不大，呈现PSLE。但随着楼层增加，楼盖变形加大，约束反力的作用越来越明显，直到呈现NSLE。受压翼缘：由于结构对称，受压翼缘内力与受压翼缘反向对称。同时，楼盖的翘曲也沿轴呈反向对称。左右腹板：翼缘一侧楼盖的翘曲(如上所述)，同时腹板一侧的楼盖也会发生翘曲。同理，腹板各柱的轴力也将发生变化，角柱增大，中柱减小。同时，在形如所示的约束反力作用下，腹板各柱轴力也会经历PSLE—NSLE的变化过程。通过以上分析可以得到：(1)横向刚度不均使楼板发生翘曲，进而使裙梁发生剪

6、切变形。因此，裙梁的剪切变形不是引起SLE的原因，而是其结果。(2)常提到的SLE的影响因素——裙梁刚度、角柱面积，都与结构的横向刚度有关。裙梁刚度增大，使楼板翘曲变小，中柱的弯曲变形变小，抗侧力刚度增大，横向刚度不均匀性降低，SLE减小。角柱面积增大，直接引起横向刚度不均匀性加大，SLE增大。角柱截面的变化只对其本身轴力影响较大，对中柱（除腹板与角柱临近的中柱变化较大外）影响较小。角柱截面的变化对SLE的影响实际上主要是对其本身的影响。鉴于角柱在结构中的重要性(它不仅可以增强结构的整体性，还可以使楼板的变形受到极大约束

7、，并且截面较大可减小压缩变形)，建议在进行结构设计时应适当增加角柱的截面尺寸。去除角柱对翼缘各柱轴力影响不大，角柱的角色由腹板向内的第二根柱子承担，腹板其余柱子及翼缘各柱的轴力相继提高。因此，去除角柱，没有起到减小SLE的作用，反而会使结构的整体性及抗扭刚度降低。而且，各层楼板由于没有角柱的约束也变形增大，这对结构是不利的。从结构的整体性出发，在进行结构设计时不应去除角柱，而且应适当增大角柱截面［3］。1.2减小措施下面主要从正剪力滞后的影响因素方面，分析减少正剪力滞后的措施。（1）梁的剪切刚度与柱的轴向刚度之比Sf,S

8、f之比愈小，剪力滞后越大，结构的应力分布与整截面梁的应力分布偏离较远。由于框筒不是实截面梁，竖向力由角柱向中间柱的传递需要通过梁的剪力来实现，梁的剪切刚度愈小，截面的整体性愈小，剪力滞后愈严重。框筒结构要用高的窗裙梁、密排柱组成，正式加强结构的整体性，减少剪力滞后所需要。（2）框筒的高宽比H/B，框筒的高宽比对结构的