【摘 要】
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掉层框架结构作为最典型的山地建筑之一,被广泛的应用于实际工程之中。钢筋混凝土（简称RC）掉层框架结构不可避免的至少具有两个不等高的接地端,结构在竖向上刚度分配极不均匀,使得结构往往发生上接地柱严重破坏的“半层破坏模式”。本文基于掉层框架结构刚度不均匀导致上接地柱严重破坏的情况,通过在上接地层增设钢支撑,达到分担层内剪力、协调刚度和改变破坏模式的作用。主要工作如下:1)采用SAP2000软件对6种不
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51878101）
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掉层框架结构作为最典型的山地建筑之一,被广泛的应用于实际工程之中。钢筋混凝土（简称RC）掉层框架结构不可避免的至少具有两个不等高的接地端,结构在竖向上刚度分配极不均匀,使得结构往往发生上接地柱严重破坏的“半层破坏模式”。本文基于掉层框架结构刚度不均匀导致上接地柱严重破坏的情况,通过在上接地层增设钢支撑,达到分担层内剪力、协调刚度和改变破坏模式的作用。主要工作如下:1)采用SAP2000软件对6种不同支撑布置方案进行弹性分析,比选了较合理的支撑刚度和上接地层柱侧向刚度之和的比值（简称刚度比）及支撑布置形式,提出了支撑布置原则;2)设计了一栋总层数8层,掉2层1跨,刚度比为4的钢支撑-掉层框架结构原型,按照1:4的缩尺比例制作了该原型结构下部5层的子结构模型,开展了该子结构的拟静力试验,研究了试件的破坏机理及抗震性能;3)采用Open Sees软件建立了试件的有限元分析模型,通过将模拟数据和试验结果进行对比,验证了有限元分析模型的有效性;4)对不同支撑布置方式和不同刚度比的钢支撑-RC掉层框架结构模型的抗震性能进行参数化分析,给出了掉层框架结构较合理的支撑布置方式及刚度比的建议取值范围。主要得出以下结论:（1）掉层框架结构中增设支撑能够显著提高上接地层的抗震性能。增设支撑后,结构的整体刚度提高,沿着支撑布置方向上的扭转效应明显减轻,上接地层各构件内力分布趋于均匀,支撑承担了层内大部分地震剪力,各柱之间协同作用更加明显,且支撑增强了结构上接地层及以下楼层的抗侧移能力,同时结构整体承载能力和耗能性能略微提升,钢支撑-RC掉层框架结构上接地层的抗震性能显著提高。（2）掉层框架结构中增设支撑使破坏由上接地层向上部楼层转移。试验和有限元分析结果表明,结构最先出铰的部位是三、四层梁端,柱最早出铰位置是四层中柱柱脚,掉层部分梁柱均未出铰,结构破坏主要集中于上接地层以上楼层,破坏程度由上接地层接地柱严重破坏转移为上部楼层较均匀破坏,在设计时宜对上部楼层的抗震能力适当加强,结构最终形成了整体破坏和局部楼层破坏相结合的模式。（3）结合弹性和弹塑性分析结果,给出了支撑布置原则及支撑和上接地层柱侧向刚度比建议取值范围为3.5～5。通过弹性分析得出刚度比为4时的人字形支撑是较好的布置方案,支撑宜布置在掉层框架结构接地柱和非接地柱之间的跨内,协调柱的刚度分布。改变刚度比对钢支撑-RC掉层框架结构的承载能力和破坏模式影响不大,对上接地层的抗侧移能力有较大影响,建议刚度比取值范围为3.5～5。
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