RC剪力墙结构地震作用下内力分布特征研究

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由于剪力墙结构容易满足建筑空间布置,而且侧向刚度较大,弥补了框架结构的不足,因此,剪力墙结构受到我国建筑市场的广泛接受,各大中型城市的高层住宅建筑较多的采用剪力墙结构形式。但是,在剪力墙结构抗震设计中还存在着一些问题,在实际剪力墙结构中,往往由于建筑结构功能需要,各片墙体开洞大小各异,各剪力墙片形成了不同类型,如整体式墙、小开口式墙、联肢墙、壁式框架等。在框架-剪力墙结构中,框架和剪力墙变形特点各异;同理,不同形式的剪力墙变形特点也有差异,组合在一起,在地震作用下同样会产生难以预知的内力重分布。因此,有必要研究含不同形式剪力墙的剪力墙结构在地震作用下的内力分布特征。本文通过静力分析,研究了不同形式剪力墙的受力特点;研究了静力弹塑性分析方法在剪力墙结构中的适用性;针对剪力墙的不同形式和刚度比,建立了伪三维剪力墙结构,并对各结构进行静力弹塑性分析,归纳总结了不同剪力墙形式和刚度比下的内力分布特征及产生内力重分布的原因;本文还设计了两个强弱墙肢刚度比为3的典型剪力墙结构,分别进行了动力弹塑性时程分析,验证了前述的内力分布特征和伪三维剪力墙结构模型简化的有效性。通过对比分析,主要得到以下结论:(1)MPA方法较其他侧向力加载模式精度高;对于15层的剪力墙结构,MPA(前三阶)方法可以获得较高精度的弹塑性预测结果,对于更高楼层的结构,MPA(前三阶)方法误差较大,使用受限。(2)改变连梁高度对连梁剪力影响并不显著,其截面的承载力下降可能会更快,连梁剪压比超限问题很难解决。剪力墙设计中,在剪力墙肢截面高度调整受限的情况下,若要解决剪压比超限问题,建议可以考虑采用增加连梁跨度的方法。(3)对于整体式墙和小开口式墙,受力特点和变形特点差异较小,可以归为一类。对于其他不同形式的剪力墙片,变形和受力特点不同,且差异显著,随墙肢和连梁的减弱,变形特点逐渐由剪力墙向框架过渡。(4)楼盖承受的水平力在屋盖和底部楼层处最大,因此,高层结构中当各片竖向主体结构刚度和变形特征差异较大时,下部楼层和屋顶层的楼层面板刚度需要适当增大。(5)分析小震、中震、大震和超大震作用,内力分布特征与墙肢和连梁的破坏程度密切相关;当强弱墙肢刚度差异不大,即刚度比接近1时,含有不同形式剪力墙的结构,强弱墙肢破坏程度相似,内力重分布并不明显;特别是对于小开口式墙-联肢墙结构,无论刚度比大小,均没有明显内力重分布。(6)当强弱墙肢刚度比不小于2时,小开口式墙-壁式框架结构、联肢墙-壁式框架结构在大震下逐步进入塑性,且塑性程度不断发展,导致结构产生明显的内力重分布,弱剪力墙各层弱墙肢承担的地震剪力大约为按侧移刚度分配的总基底剪力。抗震设计中应该考虑这种内力分布特征,保证结构安全,不致在大震下出现强弱墙片逐个破坏的情况,且可将弱墙肢作为第二道防线。本文创新点为:研究了静力弹塑性分析方法在剪力墙结构中的适用性;研究了不同形式剪力墙的变形和受力特点的差异;研究了楼盖在高层结构设计中应当考虑的问题;研究了含不同形式剪力墙的剪力墙结构的变形特点与内力分布特征。
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