壁柱体系-钢板剪力墙抗震性能研究

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建筑业是国民经济的重要物质生产部门,与国家经济的发展有着密切的关系。我国人口密集,高层住宅占有很大的建筑比例,而传统的结构形式一直存在梁柱外露的问题。降低了实际的使用面积及居住舒适度,内部观感差、并且多造成建筑外立面的凸出。以往多通过扁柱、组合柱或是剪力墙结构用以解决该问题,但不足的是,组合柱的形式材料耗费大,经济性较差;而剪力墙结构多用于混凝土结构,不利于装配施工,污染较大;扁柱则存在作为建筑角柱弱轴方向抗侧不足的问题。因此,本文在使用壁柱体系用以解决梁柱外露问题的基础上,以框架结构作为主体,引入一种由新型锁铆连接薄壁型钢加劲肋的薄钢板剪力墙作为抗侧构件,从而增强结构的抗侧性能并起到保护角柱弱轴的作用。同时考虑了建筑因有开洞需求而无法通跨布置钢板剪力墙的情况,使用空心扶柱与上下钢梁焊接作为钢板剪力墙一侧的边缘构件,由此提出了壁柱体系-钢板剪力墙结构。主要研究内容和成果如下:钢板剪力墙作为结构的抗侧及耗能性能的主要构件,通过对一种新型锁铆连接薄壁型钢加劲肋的薄钢板剪力墙,进行足尺拟静力试验以研究其抗震性能。试验发现薄壁型钢帽型加劲肋可以有效抑制钢板整体的面外变形,将钢板剪力墙的拉力场分割为数个小型区格,使钢板剪力墙以区格为单位的高厚比变小,更好发挥了钢板剪力墙的耗能作用。结构整体滞回性能稳定,具有良好的塑性变形能力,锁铆的连接方式较为可靠,可外挂墙板,更好地适应装配式建筑的要求。以结构试验为基础,提出壁柱体系-钢板剪力墙结构,设计一个两层带楼板的结构模型,通过ABAQUS进行拟静力模拟分析,主要对其滞回曲线、刚度曲线、刚度退化、耗能能力、边缘约束构件的形变以及应力应变与整体变形的发展进行研究。该结构形式的抗震性能良好,滞回曲线饱满,有较好的耗能能力以及延性。通过与几种常见的结构体系进行对比,证明了壁柱体系-钢板剪力墙结构具有一定的优势及可行性。通过参数分析可知,该结构钢板剪力墙的宽厚比不应大于300;扶柱的柔度系数不应大于6;建议在考虑经济性的情况下,应平均布置多对横向加劲肋;锁铆间距应结合锁铆连接设备的要求,取于50-100mm之间;在设计中应使用适中的跨高比来规避钢板剪力墙、扶柱面外失稳以及钢梁先于钢板剪力墙破坏的情况,可按一定的位移控制进行设计。
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