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一级结构工程师考前讲义:剪力墙结构最佳耗能设计

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  一级结构工程师考前讲义:剪力墙结构最佳耗能设计

  框架—剪力墙结构是由多种具有不同受力特性构件(如框架梁、柱,框架与剪力墙之间的连梁,剪力墙墙肢,剪力墙连系梁等)组成的结构,如何通过合理设计,使其 的抗震性能更好,使之在地震作用下成为最佳耗能体系,即形成最佳破坏体系,满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的抗震原则,从而达到可靠与经济的目的, 是一个很重要的问题,解决这个问题具有重要的理论和实际意义。

  框架—剪力墙结构设计的几种方式(由于框架柱出现塑性铰框架形成柱式侧移机构,危害性大,不易修复,一般不允许框架柱出现塑性铰):

  (1)弹性墙—弹性框架(简称EW—EF):即将剪力墙和框架设计成在整个地震过程中一直处于弹性。

  (2)弹性墙—弹塑性框架(简称EW—PF):即使剪力墙在整个地震过程中处于弹性,而使框架中的梁端在地震过程中进入弹塑性形成塑性铰。

  (3)弹塑性墙—弹性框架(简称PW—EF):即使剪力墙在地震过程中屈服,进入弹塑性,而让框架在地震过程中一直处于弹性。

  (4)弹塑性墙—弹塑性框架(简称PW—PF):即使剪力墙在地震过程中屈服,进入弹塑性,也让框架中的梁端在地震过程中屈服形成塑性铰。

  对以上四种结构进行了动力反应分析,比较其动力反应可得到:

  结构“EW—EF”产生了最强的结构动力反应。此结构的顶点位移最大,除在结构底部剪力墙屈服层以及靠近屈服层的少数层外,各层的层间变形以及框架梁、柱弯矩和剪力均较大,剪力墙的弯矩和剪力沿整个高度均较大。

  结构“EW—PF”的位移(顶点位移和层间位移)较结构“EW—EF”有所减少,但不显着;框架各层梁、柱弯矩和剪力降低较多;剪力墙的弯矩和剪力变化很小,在结构下部略有减小,在结构上部略有增加。

  结构“PW—EF”的顶点位移较结构“EW—EF”和结构“EW—PF”减小许多;除在底部若干层里,由于剪力墙的屈服产生塑性转动引起层间位移增大 外,其余各层的层间位移较“EW—EF”和“EW—PF”减小许多;框架梁、柱的弯矩和剪力较结构“EW—EF”有一些下降,但幅度不大;剪力墙的弯矩和 剪力值沿整个高度较“EW—EF”与EW—PF”下降很多。

  结构“PW—PF”与结构“PW—EF”相比,层间位移和顶点位移稍有增加,但框架梁、柱的弯矩和剪力有所下降;剪力墙的弯矩和剪力变化很小,多数层稍有减小,少数层稍有增加。同时与结构“PW—EF”相比,对框架—剪力墙结构中的剪力墙底部转角延性要求降低。

  通过比较可以看出,结构“PW—PF”具有最好的抗震性能。而文献认为,由于结构“PW—PF”需采取构造措施来保证框架梁、柱结点的延性,虽然从受力 特性来看结构“PW—PF”比结构“PW—EF”抗震性能较好,但从经济角度考虑采用结构“PW—PF”将是得不偿失,因而建议采用结构“PW—EF”来 做为具有最好的抗震性能的结构。

  当然,要使结构能形成以上预期的耗能体系,必须保证各构件局部延性要求。而对框架和剪力墙有关这些问题已有较多研究。如人工塑性铰的概念,把它用于框架梁端可减少节点构造的复杂性,而且能防止节点破坏,满足局部延性要求,使框架形成梁式侧移结构。又把人工塑性铰用于双肢墙的连系梁,使剪力墙的延性得到改善。在剪力墙底层设置竖向缝,试验表明其可以使剪力墙底部延性得到改善。把构造措施和现行规范给出的一些措施综合考虑,就完全有可能使框架—剪力墙结构形成一个所预期的最佳耗能体系。

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