支撐框架與豎縫剪力墻抗震設(shè)計(jì)研究.pdf

1、鋼支撐框架以及鋼框架帶豎縫剪力墻結(jié)構(gòu)是抗震區(qū)常用的抗側(cè)力體系.但在抗震規(guī)范GB50011 與高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 99-98 中對與鋼支撐采用了放大地震內(nèi)力的方法設(shè)計(jì),這與歐美日各國都不同.而在豎縫剪力墻的設(shè)計(jì)中,由于沒有提出相應(yīng)的梁與墻體連接方式,豎向荷載不可避免地傳至墻體中,這違背了豎縫剪力墻設(shè)計(jì)原則；規(guī)程JGJ 99-98提供的計(jì)算模型也不能反映在承受水平荷載時(shí),鋼梁端部承受很大的剪力.本文分別分析了支撐設(shè)計(jì)方法對于

2、框架抗震性能的影響,提出合理的設(shè)計(jì)建議；分析梁端集中剪力和現(xiàn)有梁與墻體連接方式對鋼框架豎縫剪力墻結(jié)構(gòu)的影響,以期得出合理的計(jì)算模型與構(gòu)造方式. 鋼結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì)分人為放大支撐內(nèi)力設(shè)計(jì)的強(qiáng)剪型支撐架和不放大內(nèi)力設(shè)計(jì)的弱剪型支撐架,本文首先設(shè)計(jì)了單層單跨、多層單跨以及多層多跨的強(qiáng)剪型和弱剪型中心支撐框架,對結(jié)構(gòu)輸入多條地震波進(jìn)行了非線性彈塑性時(shí)程分析,結(jié)果表明:(1)強(qiáng)剪型支撐架,不僅增大了地震力,且柱先于支撐屈服發(fā)生無側(cè)移失穩(wěn),導(dǎo)致

3、豎向位移不斷累計(jì)增加,并因剛體轉(zhuǎn)動而伴隨水平位移；而弱剪型支撐框架在地震下發(fā)生有側(cè)移變形.(2)強(qiáng)剪型支撐架的層間剪力一位移時(shí)程響應(yīng)曲線和支撐的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線、柱子應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)曲線封閉面積較小,表明結(jié)構(gòu)即使具有耗能能力,也難以發(fā)揮作用.并且耗能只是依靠柱的無側(cè)移屈曲,對抗震結(jié)構(gòu)比較危險(xiǎn),而且是一種單一的抗側(cè)力體系；(3)弱剪型支撐框架中,支撐能夠更早發(fā)生屈服,然后支撐和框架繼續(xù)發(fā)生側(cè)移變形,組成支撐架一部分的框架能夠起到第二道防線的作

4、用,支撐和梁柱的延性及耗能能力能夠充分發(fā)揮作用.根據(jù)上述分析結(jié)果,認(rèn)為不宜人為放大支撐內(nèi)力,并增加支撐先于柱子屈服的機(jī)構(gòu)驗(yàn)算,保證最薄弱層支撐屈服后屬于支撐架一部分的柱子仍基本在彈性階段工作. 本文還對鋼框架內(nèi)嵌豎縫剪力墻的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了考察,提出了若干補(bǔ)充計(jì)算和構(gòu)造措施以實(shí)現(xiàn)豎縫剪力墻的設(shè)計(jì)思想.這些補(bǔ)充包括:(1)梁柱連接和梁腹板,應(yīng)補(bǔ)充進(jìn)行受剪強(qiáng)度計(jì)算；(2)當(dāng)受剪強(qiáng)度不滿足要求時(shí)建議增加豎縫剪力墻和鋼框架柱的抗剪件連接,

5、這種構(gòu)造同時(shí)方便了安裝；(3)建議豎縫剪力墻和鋼框架梁采用開豎向槽孔的高強(qiáng)度螺栓摩擦型連接,以實(shí)現(xiàn)豎縫剪力墻不承受豎向荷載,只承受水平力的設(shè)計(jì)思路；(4)增加對鋼框架梁腹板受到豎縫剪力墻膨脹力擠壓發(fā)生屈曲的設(shè)計(jì)驗(yàn)算；(5)對連接鋼框架梁和豎縫剪力墻的預(yù)埋件給出了設(shè)計(jì)公式；(6)建議參考鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010-2002)對豎縫剪力墻受剪承載力進(jìn)行設(shè)計(jì). 對JGJ99-98中豎縫剪力墻的等效交叉支撐和等效剪切板模型進(jìn)行分

6、析,指出了在確定等效構(gòu)件時(shí)考慮鋼框架梁剪切變形的必要性,同時(shí)指出兩種模型均不能正確地給出鋼框架梁的剪力,也不能反映鋼框架梁彎曲變形對整體剛度的影響.因此提出壁式框架的計(jì)算模型,對各部分的剛度給出了計(jì)算建議,對模擬豎縫剪力墻肢的壁柱,通過對軸壓剛度取小值以實(shí)現(xiàn)豎縫剪力墻不承擔(dān)豎向荷載的設(shè)計(jì)要求.對壁式框架模型和兩種等效模型進(jìn)行比較表明,在層數(shù)少,剪切變形占主導(dǎo)地位時(shí),壁式框架模型的剛度略小,層數(shù)增加,三種模型結(jié)果相似.但壁式框架模型能夠提

7、供鋼框架梁內(nèi)的真實(shí)剪力,并反映鋼框架梁變形對抗側(cè)剛度的影響.分析了柱與豎縫墻增加抗剪鍵后鋼框架豎縫剪力墻結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,計(jì)算其抗側(cè)剛度與模型結(jié)果進(jìn)行對比,得出采用抗剪鍵能在滿足設(shè)計(jì)原則的同時(shí),改善鋼梁與剪力墻的受力性能. 最后考慮混凝土的非線性,對鋼框架豎縫剪力墻進(jìn)行分析,得出豎縫剪力墻在整個(gè)加載過程中,墻體出現(xiàn)多為細(xì)小裂縫,剪力墻的變形以彎曲變形為主,變形方式類似于壁柱,墻體的抗側(cè)剛度下降緩慢,利于與框架的共同工作,適合在抗震