预制挂板式围护结构减震性能分析

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传统框架结构建筑在地震发生时,砌筑式或座板式围护墙体或随主体结构一起运动,增加了结构自重,对主体结构抗震极为不利;而且在强震作用下砌筑式或座板式围护结构容易发生坍塌伤人。近年来国内外震害均表明,砌体填充墙对整体结构的刚度效应和约束效应易导致框架结构震害的发生。预制挂板式围护结构的提出有效地改善了框架结构的抗震性能。  预制挂板式围护结构将预制墙体与框架梁通过连接挂件铰接,使得预制墙体悬挂在框架梁上,在预制墙体与主体结构之间采用嵌缝连接构造进行固定,以保障围护结构的正常使用功能。在常遇地震作用下,预制墙体与主体结构之间连接相对完好;在强震作用下嵌缝连接构造断开,围护结构只通过连接挂件与横梁铰接,故可在地震作用下绕上方横梁发生摆动,从而改变结构振动周期、消耗地震输入结构的能量,达到降低主体结构地震响应、提高结构整体的抗震性能的目的。本文的主要研究内容包括:  (1)将该体系简化为框架悬挂结构,推导了自由振动基本方程,建立了主体框架结构与悬挂墙体振型分量之间的关系,给出了预制挂板式围护结构频率的理论计算公式,明确其减震机理,并通过参数分析明确影响减震效果的主要因素;  (2)建立预制挂板式围护结构的有限元模型,对一座5层预制挂板式围护结构进行分析,明确结构的自振特性、位移响应、加速度响应和钢筋应力响应等动力特性,并通过与传统框架结构的对比,结合参数讨论,进一步明确了预制挂板式围护结构的减震性能和影响因素;  (3)在理论分析的基础上,给出了预制挂板式围护结构挂板布置位置的优化方法。针对一个20层的结构作为算例,明确了不同位置的挂板(摆开状态)对结构产生的不同的减震效果,布置在结构底部的挂板具有减小结构加速度响应的效果,其中,布置在结构底部的挂板可使得结构加速度响应减小,布置在结构上部的挂板则对减小结构位移响应有明显贡献,综合考虑控制指标,给出了优化布置方案。  研究表明预制挂板式围护结构可以在几乎不增加投入的情况下,改善结构的抗震性能,进而可以降低产业化住宅的总体造价,同时可以利用住宅产业化的优点,达到降低建筑能源消耗、减少环境污染、保护环境、降低现场劳动强度、缩短建设工程等目的,应用前景较好,其经济效益和社会效益均比较明显。因此,本文的研究结果可为其进一步地研究和应用提供理论基础和参考。
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