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空间是建筑的主角。历代对建筑功能的空间需求由小跨到中跨到大跨,由封闭到开阔到通散,要求在不断变化,标准在逐步提高。每当建筑功能提出新的空间尺度需要时,首当其冲的是与旧结构体系的楼屋盖及内墙柱梁发生矛盾。在满足新空间要求的前提下,使用什么材料,采用什么承荷传力的结构体系,既经济又合理地解决上述矛盾,这是结构设计的首要任务。
现在多层或高层建筑工程的结构设计中,框架形式占有很大比例。框架结构采用梁柱组成结构体系为竖向承重结构,同时承受水平荷载,是一个空间受力体系。正是由于纵横向框架与楼板形成的紧密空间联系使得框架结构具有较强的空间作用。当房屋的跨度较大时,框架设计会遇到困难。因为梁的截面高度与其跨度有关,当框架的跨度较大,梁柱截面也较大时,不仅结构自重大,而且也占用太多建筑空间,以至于不够合理甚至完全不允许。由此,山东建筑大学赵玉星教授提出一种动态的处理结构的方法,通过适当设置附加剪弯杆(缀板),大幅度减小框架中的弯矩峰值,以使框架受力性能大大改善,从而梁柱截面可以比较小,减小结构自重,以使得能够加大结构的跨度,获得理想的空间。也正是这种缀板梁结构使框架结构充分发挥其建筑形式丰富多样、布置灵活、满足各种使用功能的特点。
缀板梁结构作为一种新型结构,其延性、抗震耗能,以及地震作用下的整体性、受力情况等等这些抗震性能都是急需研究的。
赵玉星教授等人提出缀板梁结构并在实际工程中多次成功使用,主要是作为承受竖向荷载的结构。由于设置了缀板,框架沿竖直方向的刚度分布属于不规则的,所以不用作水平抗侧力的主要体系会合理一些。
张鑫教授等人遇到某些工程由于无法设置其它的水平抗侧力体系,缀板梁框架成为结构中唯一的水平抗侧力体系,所以对缀板梁框架的水平抗侧力性能进行了试验研究,其研究成果构成了张鑫教授的同济大学博士学位论文。
笔者在本硕士学位论文中,用力学理论分析的方法对此课题进行了研究,以考察此种结构遭遇地震时地震作用究竟是怎样分布的,是否是张鑫教授试验中所施加的水平力分布规律,结构的水平变形分布是否是试验中所出现的水平变形分布规律。
针对上述问题,本文从三个方面对缀板梁这种新型结构进行了综述和研究。
第一,通过一榀缀板梁框架水平方向低周反复荷载实验得到的结构的受力情况、变形情况等试验数据,分析结构的滞回曲线,结构的弹塑性变形及延性,结构的刚度衰减过程,结构的破坏特征、破坏机理等,以了解结构的抗震性能。
第二,对几种不同缀板梁布置的框架模型的自振周期与振型进行了分析,并对缀板梁结构体系框架模型的水平地震作用进行了计算。通过以上的分析与计算,初步了解这种新型结构的一些动力特性。
第三,利用ansyS有限元软件对一缀板梁结构体系模型进行计算分析,进一步了解重力荷载作用下的结构响应、结构模态振型以及地震作用下的结构响应。
这样通过模型实验数据分析,结构动力特性分析,辅助以有限元软件分析计算,我们简单掌握了缀板梁结构的一些抗震性能。这些研究成果为相关的工程建设提供了参考,为更系统、更广泛地研究缀板梁这一新型结构体系打下了基础。