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摘要：针对住宅楼装配式预制楼梯完全与剪力墙分离可能导致的稳定性问题，使用了有限元分析软件SAP2000进行了模拟分析，并得出了结论：若预制楼梯处剪力墙的周边楼面板、梁能提供足够约束，剪力墙的稳定性计算高度为楼层层高。
关键词：装配式预制楼梯；剪力墙；屈曲；稳定；SAP2000
一、引言
某项目中，因预制楼梯间存在一片较长的L字型剪力墙（下图方框内），且由于楼梯采取装配式预制楼梯，梯段板完全与楼梯间剪力墙分离，不能给剪力墙提供侧向约束，担心该剪力墙稳定性出现问题。因盈建科结构计算软件对剪力墙的验算为只验算该楼层高度的剪力墙在荷载下是否出现失稳，没有考虑剪力墙在整楼高度的情况，担心该剪力墙在某层约束不够，实际失稳高度比计算高度大，出现类似于跃层柱失稳的形式，故对此情况进行分析。
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图1
二、规范、SAP2000、盈建科结构计算软件对剪力墙稳定计算的对比
1.高规附录D对剪力墙稳定临界荷载的计算
按《高规》附录D中墙体稳定验算的临界荷载公式，计算高度为5.650m
2.SAP2000对剪力墙稳定临界荷载的计算
按该剪力墙的实际尺寸建立模型一，使用壳单元模拟，并选择合适的网格划分方式进行网格划分。剪力墙下端为固定约束，上端在角点处施加X、Y双向水平约束，在剪力墙上表面施加大小为1 的表面压力。
在SAP2000模型计算中，其最小屈曲因子为33.70，即墙顶均布压力的屈曲荷载为 。按《高规》条文说明附录D中墙体稳定验算的临界荷载的理论值为 ，考虑到混凝土材料的弹塑性、荷载的长期性以及荷载偏心距等因素的综合影响，要求墙顶的竖向均布线
可得出，规范的剪力墙稳定计算方法为：墙下约束为固接，上方约束为铰接，只考虑一片单独墙体在均布线荷载下的稳定性能。
3.盈建科结构计算软件对剪力墙稳定临界荷载的计算
当盈建科结构计算软件中剪力墙稳定超限时，其提示为“整体稳定验算超限（1）N=-8434>1.2*Ec*Imin/h/h=3537《高规》D.0.4”，盈建科结构计算软件对剪力墙的稳定判断与规范的计算方法一致，其限值同为只考虑一片单独墙体的稳定性能。
三、剪力墙在一个结构体系中的屈曲形式
整楼结构体系中剪力墙的屈曲形式存在以下两种：
情况一，楼面梁及楼面板刚度足够，每一个楼层都能提供足够约束，可以作为支座，剪力墙失稳计算的高度为层与层之间的净高度，其失稳模态为“S”型，如下方左图所示。
情况二，某楼面梁及楼面板刚度不够，某一个楼层不能提供足够约束，该楼层不能作为支座，剪力墙失稳计算的高度不是层与层之间的高度，出现类似跃层柱一样的失稳模式，计算高度与盈建科软件的验算高度不符，其失稳模态为“C”型，如下方右图所示。
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为了分析该剪力墙在一个结构体系中的稳定计算高度，使用通用有限元计算软件SAP2000对整楼模型进行屈曲工况下的计算，该计算软件没有像盈建科一样单独进行楼层高度内的墙体验算，而是把模型作为一个整体，验算其失稳。
整楼模型计算结果显示，楼梯处剪力墙失稳为第6模态，后于客厅处一字剪力墙、大房间长墙肢等墙体出现屈曲，该墙并非最容易出现失稳的墙体。
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图2
从上面的失稳模态变形图可以看出，其前失稳变形模式与前文情况一相似，皆为“S”型失稳。故可以认为，该片剪力墙周边楼面梁及楼板刚度足够，可以提供足够约束，该片剪力墙可以按层与层之间高度作为失稳验算的高度，与盈建科结构计算软件的验算保持一致。
图3
四、实际工程计算
为了分析剪力墙在一个结构体系中的稳定计算，取出该一字型剪力墙所在核心筒作为计算体系，并往上往下延伸各一至二层建立模型。剪力墙、连梁及楼板使用壳单元模拟，并选择合适的网格划分方式进行网格划分。剪力墙下端为固定约束，在剪力墙上表面施加大小为1 的表面压力。模型建立以后，使用SAP2000的屈曲分析工况进行计算，该剪力墙发生屈曲时，其最小屈曲因子为183.559，如下图所示。
按最小屈曲因子换算后得出该墙表面压力为183.559 ，二层剪力墙截面面积为1200000 ，按《高规》条文说明附录D中墙体稳定验算，考虑到混凝土材料的弹塑性、荷载的长期性以及荷载偏心距等因素的综合影响，临界荷载为理论值的1/8，求得其临界屈曲荷载为：
由YJK模型计算得出该剪力墙最大的轴力设计值为7058.2kN，小于临界屈曲荷载，能满足稳定要求。
五、结论
根据以上工程案例计算分析可得出，虽然采取装配式预制楼梯导致梯段板完全与剪力墙分离，但是若楼梯间剪力墙周边楼面梁及楼板刚度足够，可以提供足够约束，该片剪力墙也可以按层与层之间高度作为失稳验算的高度，不会出现类似于跃层柱失稳的形式。
参考文献
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[4]蒋欢军、吕西林.用一种墙体单元模型分析剪力墙结构[J].地震工程与工程震动，1998.11,Vol.18,No.3