高烈度地区中震作用下墙肢存在拉应力时的剪力墙结构抗震性能研究

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按照我国现行规范的要求,超限高层建筑采用性能化的设计方法。性能化设计对结构在中震下的性能有明确的要求,需要通过计算和构造措施来实现。对于高烈度地区的超高层剪力墙结构,在进行中震不屈服计算分析时,由于结构高度较大且地震作用较强,在结构的底部区域会出现墙肢名义拉应力超限即墙肢名义拉应力大于混凝土抗拉强度标准值的问题。在具体设计中,有些结构底部墙肢的名义拉应力会高达5~6倍的混凝土抗拉强度标准值。剪力墙墙肢在拉应力的作用下抗震承载力能力会降低,我国相关规范有明确的设计要求,但对其机理、设计中的具体措施等还值得进一步研究。基于此,本文针对高烈度地区墙肢名义拉应力问题进行研究,主要包括以下内容:(1)对剪力墙结构墙肢名义拉应力问题开展文献调研。(2)对高烈度地区超高层剪力墙结构进行中震不屈服分析时的影响因素进行探讨,主要分析阻尼比和连梁刚度折减系数值对名义拉应力的影响。(3)结构设计中解决墙肢拉应力的方法是按照弹性模量等效的方法在墙肢中配置型钢,本文按照规范的要求推导了更为方便实用的配置型钢所需面积计算公式,同时提出几种型钢布置方法,并以高烈度地区的某超高层剪力墙结构设计为例进行说明。(4)以高烈度地区的某超高层剪力墙结构为例,进行中震动力弹塑性分析,将动力计算结果和中震不屈服分析结果进行对比,分析动力效应对中震墙肢拉应力验算和抗震性能的影响。(5)通过实例计算,分析中震拉应力超限的剪力墙结构在大震下的动力弹塑性响应和静力弹塑性响应,考察按中震墙肢名义拉应力配置型钢后结构的大震性能。通过以上研究,本文得出以下结论:(1)随着结构阻尼比的增大,名义拉应力超限的墙肢数量整体上减少,墙肢拉应力减小。随着连梁刚度折减系数值的增大,名义拉应力超限的墙肢数量整体上增多,墙肢拉应力增大。(2)本文提出的配置型钢面积计算公式和配置方法,能更方便地使结构设计满足规范对拉应力的控制。(3)中震不屈服计算的整体指标如层间位移角、层间剪力等都大于中震动力弹塑性计算的结果;中震不屈服计算的墙肢拉力大于中震动力弹塑性计算的结果。配置型钢后层间位移角减小,基底剪力增大,剪力墙抗震性能提高,墙肢拉应力减小,受拉墙肢抗剪承载力提高。(4)大震动力弹塑性分析和静力弹塑性分析表明,中震名义拉应力超限的墙肢配置型钢后,提高了整体抗震性能和受拉墙肢的抗震性能。
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