輕型木結構剪力墻抗側性能研究綜述

左宏亮 候 建

(東北林業大學土木工程學院,黑龍江 哈爾濱 150040)

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輕型木結構剪力墻抗側性能研究綜述

左宏亮 候 建

(東北林業大學土木工程學院,黑龍江 哈爾濱 150040)

介紹了輕型木結構房屋的特點，從輕型木結構剪力墻的構造形式出發，分析了影響剪力墻性能的因素，并采用ABAQUS有限元軟件，模擬預測了剪力墻的抗側性能，為輕型木結構剪力墻的研究提供了理論依據。

輕型木結構，剪力墻，ABAQUS，抗側性能

0 引言

木材是一種綠色、環保、低碳、可重復利用且質量輕、強度好的建筑材料。用木材建造的木結構房屋造型美觀、保溫防潮。而輕型木結構因為工業化、標準化施工而廣受喜愛。輕型木結構房屋是指由木框架剪力墻、木樓蓋和屋蓋通過節點所構成的結構體系，主要用于3層或3層以下的建筑，木結構剪力墻作為主要的抗側力構件，既承擔由樓板傳遞的豎向荷載，也要承擔水平風荷載和地震作用。

輕型木結構剪力墻由規格材形成的頂梁板、底梁板、墻骨柱和由板材形成的覆面板通過釘子釘接而成。影響墻體抗側性能的因素有很多，本文系統總結了國內外對木剪力墻的研究現狀，包括墻體試驗研究及墻體的有限元分析。

1 木剪力墻研究現狀

影響墻體抗側性能的因素很多，國內外學者也對影響墻體性能的很多因素進行了試驗研究，現將研究現狀總結如下。

1.1 剪力墻構造的影響

輕型木結構剪力墻由規格材形成的頂梁板、底梁板、墻骨柱和由板材形成的覆面板通過釘子釘接而成。墻體的構造如圖1所示。

1.1.1 覆面板材料

文獻[1]研究了不同覆面板材料對墻體抗側性能的影響，結果表明，采用國產膠合板墻體性能較好，可以代替OSB板，而采用國產花旗龍板的墻體性能較差。

1.1.2 墻骨柱間距

文獻[2]研究了墻骨柱間距的影響，結果表明，墻骨柱間距越小，墻體的抗側性能越好。

1.1.3 釘子種類和間距

文獻[3]對兩組分別使用圓射釘和鋼排釘的剪力墻進行了單調及往復試驗，對比不同釘子的作用效果。文獻[2]研究了釘子間距的影響，結果表明，釘間距減小，墻體的抗剪強度增大，但增加的不多；釘間距增大，墻體抗剪強度減小，極限位移增大。

1.1.4 抗傾覆措施和墻體高寬比

文獻[4]研究了墻角抗傾覆措施和高寬比對抗側性能的影響，結果顯示，有墻角錨固構件，墻體的強度和剛度均較大，寬度和墻體的性能參數呈正比。

1.1.5 有無洞口的影響

文獻[5]對不同構造的剪力墻進行了單調試驗，研究墻體開洞的影響。結果表明，開洞墻體的承載力明顯低于沒有開洞的墻體。

1.2 試驗方案影響

試驗方案如圖2所示。

1.2.1 加載方式

文獻[6]對同一尺寸的剪力墻進行了往復加載和振動臺試驗，發現動力試驗下的墻體性能優于偽靜力試驗，認為是在由于動力荷載下釘節點的強度較高導致。

1.2.2 荷載傳遞梁

文獻[7]研究了三種類型的荷載傳遞梁對剪力墻抗側性能的影響。結果表明，相比于鉸接荷載傳遞梁，增加剛性鋼梁可提高墻體抗剪強度；相比于鉸接和剛性梁，采用平面外荷載傳遞梁的梁抗側剛度明顯較小。

1.2.3 有無豎向荷載

Schmid等人研究了豎向荷載對墻體性能的影響，認為豎向荷載可以提高剪力墻的性能。文獻[8]研究了豎向荷載對墻體的影響，認為豎向荷載可以起到和墻角錨固構件類似的作用，可以減小墻骨柱的上拔量，提高墻體的抗剪強度。

1.3 其他因素影響

文獻[1]研究了剪刀撐對墻體的影響，結果表明，剪刀撐可以減少墻骨柱的上拔量，提高墻體剛度，減小墻體的極限位移。

以上研究從木剪力墻的構造形式出發，分析了各個因素對剪力墻性能的影響，為木剪力墻的選材提供了參考。

2 木剪力墻的有限元分析

近幾十年來，隨著計算機技術的發展，學者們對大量墻體進行了有限元分析。例如，文獻[9]用ABAQUS對墻體進行建模分析，可以很好的模擬和預測剪力墻的性能。文獻[5]用ABAQUS對木剪力墻建立二維模型進行模擬，得出的模型精度較高，且預測了不同面板墻體的性能。文獻[10]用ABAQUS對剪力墻進行有限元模擬，研究有無開洞對墻體性能的影響，通過與試驗結果對比，驗證模型的精確性。文獻[11]采用有限元軟件SAP2000和ABAQUS對木剪力墻模擬分析，如圖3所示，并且對比了2種分析結果和試驗結果，比較了2種模型的精確度。文獻[12]用ABAQUS對木剪力墻建立二維模型進行有限元分析，得到模擬后的荷載—位移曲線，通過與試驗曲線對比，驗證模型的精確度，并對由于經費、時間問題未做試驗的分組進行模擬。

總結上述學者利用有限元軟件對墻體的分析可得，一般用梁單元模擬墻骨柱，用平面應力單元模擬面板，用非線性彈簧單元模擬釘節點連接。以上研究可以為木結構剪力墻的學術研究和工程實踐提供參考。

3 結語

輕型木結構房屋因其造型美觀、施工便捷及節能環保等優點，而在國內外廣受歡迎。輕型木結構剪力墻作為主要的抗側力構件，有很大的研究空間。

本文對木剪力墻國內外現狀，包括試驗和有限元模擬分析，進行的歸納總結，可以得出以下結論：

1)就剪力墻組成而言，釘間距小、墻骨柱間距小，未設置洞口，設置了墻角錨固構件，此類墻體的抗側性能越好。

2)就加載方案而言，施加動力荷載的墻體性能優于施加偽靜力或靜力荷載的墻體；采用剛性橫梁作為加載梁，墻體性能更能充分發揮；施加豎向荷載可相當于設置墻角錨固構件，可以約束墻骨柱的上拔。

3)剪力墻的有限元分析模擬，可以預測剪力墻的抗側性能，可基于分析模擬，對更多工況下的墻體進行分析。

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Study on lateral performance of light-wood structure shear wall

Zuo Hongliang Hou Jian

(CollegeofCivilEngineering,NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

With an introduction of light-wood structure house features, starting from the structural pattern of light-wood structure shear wall, the paper analyzes factors influencing shear wall performance, and simulates and predicts shear wall lateral performance by applying ABAQUS finite element software, which has provided theoretical basis for studying light-wood structure shear wall.

light-wood structure, shear wall, ABAQUS, lateral performance

1009-6825(2017)06-0049-02

2016-12-17

左宏亮(1964- )，男，教授； 候 建(1991- )，女，在讀碩士

TU366.2

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