支撐框架與豎縫剪力墻抗震設計研究.pdf

1、鋼支撐框架以及鋼框架帶豎縫剪力墻結構是抗震區(qū)常用的抗側力體系.但在抗震規(guī)范GB50011 與高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程 JGJ 99-98 中對與鋼支撐采用了放大地震內力的方法設計,這與歐美日各國都不同.而在豎縫剪力墻的設計中,由于沒有提出相應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計原則；規(guī)程JGJ 99-98提供的計算模型也不能反映在承受水平荷載時,鋼梁端部承受很大的剪力.本文分別分析了支撐設計方法對于

2、框架抗震性能的影響,提出合理的設計建議；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構的影響,以期得出合理的計算模型與構造方式. 鋼結構支撐設計分人為放大支撐內力設計的強剪型支撐架和不放大內力設計的弱剪型支撐架,本文首先設計了單層單跨、多層單跨以及多層多跨的強剪型和弱剪型中心支撐框架,對結構輸入多條地震波進行了非線性彈塑性時程分析,結果表明:(1)強剪型支撐架,不僅增大了地震力,且柱先于支撐屈服發(fā)生無側移失穩(wěn),導致

3、豎向位移不斷累計增加,并因剛體轉動而伴隨水平位移；而弱剪型支撐框架在地震下發(fā)生有側移變形.(2)強剪型支撐架的層間剪力一位移時程響應曲線和支撐的應力應變響應曲線、柱子應力應變響應曲線封閉面積較小,表明結構即使具有耗能能力,也難以發(fā)揮作用.并且耗能只是依靠柱的無側移屈曲,對抗震結構比較危險,而且是一種單一的抗側力體系；(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)上述分析結果,認為不宜人為放大支撐內力,并增加支撐先于柱子屈服的機構驗算,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. 本文還對鋼框架內嵌豎縫剪力墻的設計方法進行了考察,提出了若干補充計算和構造措施以實現(xiàn)豎縫剪力墻的設計思想.這些補充包括:(1)梁柱連接和梁腹板,應補充進行受剪強度計算；(2)當受剪強度不滿足要求時建議增加豎縫剪力墻和鋼框架柱的抗剪件連接,

5、這種構造同時方便了安裝；(3)建議豎縫剪力墻和鋼框架梁采用開豎向槽孔的高強度螺栓摩擦型連接,以實現(xiàn)豎縫剪力墻不承受豎向荷載,只承受水平力的設計思路；(4)增加對鋼框架梁腹板受到豎縫剪力墻膨脹力擠壓發(fā)生屈曲的設計驗算；(5)對連接鋼框架梁和豎縫剪力墻的預埋件給出了設計公式；(6)建議參考鋼筋混凝土設計規(guī)范(GB50010-2002)對豎縫剪力墻受剪承載力進行設計. 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行分

6、析,指出了在確定等效構件時考慮鋼框架梁剪切變形的必要性,同時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算模型,對各部分的剛度給出了計算建議,對模擬豎縫剪力墻肢的壁柱,通過對軸壓剛度取小值以實現(xiàn)豎縫剪力墻不承擔豎向荷載的設計要求.對壁式框架模型和兩種等效模型進行比較表明,在層數(shù)少,剪切變形占主導地位時,壁式框架模型的剛度略小,層數(shù)增加,三種模型結果相似.但壁式框架模型能夠提

7、供鋼框架梁內的真實剪力,并反映鋼框架梁變形對抗側剛度的影響.分析了柱與豎縫墻增加抗剪鍵后鋼框架豎縫剪力墻結構的力學性能,計算其抗側剛度與模型結果進行對比,得出采用抗剪鍵能在滿足設計原則的同時,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行分析,得出豎縫剪力墻在整個加載過程中,墻體出現(xiàn)多為細小裂縫,剪力墻的變形以彎曲變形為主,變形方式類似于壁柱,墻體的抗側剛度下降緩慢,利于與框架的共同工作,適合在抗震