钢框架-内填充墙结构设计方法的分析与建议

钢框架-内填充墙结构作为抗侧力体系。利用钢筋混凝土剪力墙剪切刚度较大的特点来分担更多的剪力，但由于其缺少足够的理论和试验研究依据，实际工程中应用较少。重点介绍钢框架-内填充墙结构的设计方法，进行了相关的对比分析，最后对此结构的设计、分析方法提出建议：认为钢框架承受全部设计重力荷载，由抗剪连接件及剪力墙承担全部横向荷载；此结构的破坏模式、计算假定等还需通过更多的有限元数值模拟及试验加以进一步验证。

柱脚不同连接形式钢框架-摇摆墙结构抗震性能对比分析

增设摇摆墙后框架结构地震下柱脚仍会发生一定程度的塑性损伤,将柱脚设置为铰接或提离后有望减轻上述缺陷。以三层、六层和九层钢框架为基准模型,分别建立柱脚固接、铰接及提离三种框架-摇摆墙结构模型并进行动力弹塑性时程分析,对比各结构最大侧向位移、层间位移角、峰值加速度、层间剪力、墙体剪力和弯矩等;进一步建立耗能连梁固接和铰接的对比模型,研究连梁连接方式对结构抗震性能的影响。结果表明:三层模型中柱脚固接时侧向位移、层间位移角、加速度、层间剪力及摇摆墙墙体剪力的控制效果最优,六层、九层模型中分别对应柱脚提离和柱脚铰接效果最好;摇摆墙墙体剪力图和弯矩图分别呈现“C形”和“反C形”,柱脚固接时墙体弯矩均为最小,与层数无关。柱脚固接耗能连梁两端采用固接最优,柱脚铰接和柱脚提离时耗能连梁两端采用铰接形式效果更优。此分析可为框架-摇摆墙结构进一步推广应用提供参考。

钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架抗震性能试验研究

为研究钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架结构的抗震性能并建立受剪承载力计算公式,设计制作了8榀低矮填充墙框架结构、3榀高窄填充墙框架结构、1榀未设钢筋-砂浆面层交叉条带加固的对照试件,进行了抗震性能试验。结果表明:钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架的受剪承载力受混凝土强度、框架柱截面尺寸以及交叉条带配筋量影响较大,加固后受剪承载力最高可提升40%;加固后试件的耗能能力和延性均有一定程度的提升;在填充墙上增设的钢筋-砂浆面层交叉条带可视为协助框架结构受力的拉压杆体系。对试验数据进行拟合得到加固后试件受剪承载力计算公式,结果表明:框架、填充墙和交叉条带之间有承载力协同效果,填充墙框架结构的公式计算值和试验值吻合较好。

装配式轻钢框架-短肢组合墙结构抗震性能研究

为研究装配式轻钢框架-短肢组合墙结构的抗震性能,对3个足尺试件(1个轻钢框架结构、1个轻钢框架-短肢桁架结构、1个轻钢框架-短肢桁架组合墙结构)进行了低周反复荷载试验。分析了结构破坏模式、滞回曲线、承载力、刚度退化、变形性能、耗能和应变。结果表明:短肢桁架以及短肢桁架组合墙作为结构第一道抗震防线,高效提升了轻钢框架结构的抗震性能;相对于轻钢框架结构试件,轻钢框架-短肢桁架组合墙结构试件的极限承载力提高了28482%,初始刚度提高了24446%;组合墙内的短肢钢桁架与混凝土的共同工作性能良好,混凝土的约束作用抑制了短肢桁架的屈曲失稳,短肢桁架提高了组合墙核心混凝土的变形能力。所提出的装配式轻钢框架-短肢组合墙结构传力路径明确、抗震性能优越、装配便捷,特别适用于低、多层装配式轻钢组合结构,其设计思路同样可用于其他装配式钢框架结构。

空腔结构复合填充墙-钢框架抗侧力性能试验研究

通过空腔结构复合填充墙-钢框架和同尺寸纯钢框架的对比试验,分析了空腔结构复合填充墙-钢框架的抗侧力性能和滞回性能。研究结果证明空腔结构复合填充墙是一种理想的抗侧力体系,可用于多层或小高层钢结构住宅,作为结构的抗侧力构件。

钢框架-砌体填充墙结构三支杆模型有限元分析

分析钢框架结构体系1∶2双层单跨钢框架-填充墙模型的抗震试验结果,对比该试件实体建模的有限元分析结果,提出可用于模拟钢框架和填充墙共同抗侧力机制的框架-墙体三支杆简化力学模型,并按照该受力模型进行有限元建模和水平荷载作用下的结构位移、刚度及内力分析.计算结果表明,与钢框架-填充墙原始模型实体建模的计算结果相比,钢框架-填充墙三支杆模型计算结果与试验结果更加吻合,验证了这一简化计算方法的合理性和实用性.

型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌块填充墙结构抗震性能分析

为研究型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌块填充墙框架的抗震性能,通过有限元软件ABAQUS建立了型钢再生混凝土框架-再生混凝土砌块填充墙结构的有限元模型,并进行了分析,通过与已有试验结果进行对比,验证有限元建模方法和本构关系的正确性,在此基础上对框架进行了破坏模式分析,并进一步分析了填充墙对框架抗震性能的影响。研究表明,填充墙的应力分布主要是沿斜对角的受拉应力,在填充墙的角部区域应力较大,中部区域砌块发生滑移错动。在试件的加载过程中,加载初期,填充墙对框架的承载力影响较大,在加载后期,由于填充墙发生破坏,填充墙对框架承载力的贡献减弱,但填充墙的存在一定程度上约束了框架的整体变形,延缓了框架柱柱脚的塑性变形。

轻钢龙骨-铝蜂窝复合墙板对钢框架结构抗震性能影响研究

提出了一种以铝蜂窝复合板作为覆面板的新型轻钢龙骨复合墙板结构,为探究其对钢框架结构抗震性能的影响,对钢框架-轻钢龙骨-铝蜂窝复合墙板试件进行了拟静力加载试验;对加载过程中复合墙板的开裂、破坏情况以及结构的整体破坏形态等进行了分析,探讨了钢框架-轻钢龙骨-铝蜂窝复合墙板结构在单调荷载作用下的抗震性能。另外,通过有限元软件MSC.Marc平台对试件进行数值模拟分析,以校核有限元模型并确定复合墙板抗侧刚度计算参数;对实际的4层钢框架结构建模并开展时程分析,考察添加复合墙板前后钢框架结构的最大层间位移角以及基底总剪力时程变化情况,分析了复合墙板对钢框架结构地震响应的影响。结果表明,由于复合墙板的影响,钢框架结构的抗侧刚度有所增加,周期有所减小,进而导致地震响应有所增大;但地震响应增大幅度不及增加的抗侧刚度,所以各层最大层间位移角仍普遍有所减小,均满足限值要求。

钢框架-灌浆轻钢剪力墙结构抗震性能试验研究

对钢框架-灌浆轻钢剪力墙结构足尺试件进行了水平低周往复加载试验,研究了灌浆轻钢剪力墙与钢框架的耦合效应,分析了结构的破坏模式、受力特征和耗能机理,得到了结构的承载能力、抗侧刚度、延性及耗能能力等。通过与纯钢框架及冷弯薄壁型钢灌浆墙体结构的试验结果对比,发现灌浆轻钢剪力墙通过自攻螺钉采用内嵌的方式与钢框架连接,二者具有良好的协同工作性能,框剪结构的抗剪承载力和抗侧刚度分别是钢框与墙体对应值之和的1.50倍和1.64倍,结构延性系数达5.42,抗震性能优良,研究结果可为该类结构的设计研究提供科学基础。

装配式轻钢框架-复合轻墙结构抗震性能试验研究

文中主要针对低周反复荷载作用下装配式轻钢框架-复合轻墙结构的力学特性进行了分析,并与常规轻型钢框架进力学特性进行了对比,深入探析粉煤灰层厚度对装配式轻钢框架-复合轻墙结构的抗震性能的影响。结果表明,与轻型钢框架相比,装配式轻钢框架-复合轻墙结构的破坏荷载提升85.5%,破坏刚度提升18.5%,累计耗散能提升83.2%;填充粉煤灰后,装配式轻钢框架-复合轻墙结构的破坏荷载18.5%,破坏刚度变化不大,累计耗散能提升28.6%。总体上,填充粉煤灰可增强装配式轻钢框架-复合轻墙结构的抗震性能。

填充墙对钢筋混凝土框架结构自振周期的影响

填充墙对框架结构周期的影响一般采用周期折减系数来考虑,但周期折减系数随砌体材料和填充墙位置变化的规律在业界仍未得到揭示。文章采用数值模拟的方法,分别建立常规混凝土框架模型和混凝土填充墙框架模型,对不同砌体材料下,不同填充墙位置导致的结构自振周期折减系数变化规律展开分析,得到一些鲜为人知的结论,可供结构设计人员在设计中借鉴。

考虑填充墙作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能研究

通过纯框架结构模型和半高填充墙框架结构模型拟静力试验,研究半高填充墙对框架柱破坏模式的影响。基于试验结果建立了钢筋混凝土框架结构抗震分析模型并开展参数化研究,分析了砌筑材料、墙体高度对结构抗震性能的影响。结果表明:填充墙的存在提高了结构的承载能力和刚度,但降低了结构的延性;随着墙体砌筑高度增加,混凝土柱自由高度降低,墙柱高度比为0.2时,砌体墙对框架结构的抗震性能影响不显著,当墙柱高度比达到0.6时,柱子破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏;砌筑材料在墙柱高度比在0.4及以下时,对结构抗震性能影响的差异不显著,墙柱高度比在0.6及以上时对抗震性能影响的差异逐渐显现;相同砌筑高度下加气混凝土砌块填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能影响最小,因此,在不采取其他改良措施的情况下,建议采用加气类混凝土砌块来降低填充墙对钢筋混凝土框架结构抗震性能的不利影响。

考虑填充墙的RC框架结构性能指标限值确定方法

填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构是我国应用最为广泛的结构形式之一,而我国规范中给出的此类结构性能指标限值并未充分考虑填充墙对整体结构破坏状态的影响。遵循我国规范中对结构破坏状态的定义原则,提出基于构件破坏率的填充墙RC框架结构性能指标限值确定方法,为此类结构破坏状态与工程需求参数对应关系的研究提供新的思路。以典型结构为例建立数值分析模型,采用该文方法计算考虑填充墙的RC框架结构性能指标限值,并与不考虑填充墙的“纯框架”限值进行了对比分析。相较于“纯框架指标”,该文指标完好、轻微破坏、中等破坏和严重破坏四个破坏状态的层间位移角上限值均更小,其中,完好状态的上限值为1/832,远小于规范中规定的弹性层间位移角限值1/550,说明判定填充墙RC框架结构的破坏状态时,直接应用规范限值会低估结构的破坏程度。

钢管混凝土框架-ALC墙板结构抗震性能研究

为研究钢管混凝土框架-ALC墙板结构的抗震性能,采用ABAQUS软件建立了结构的有限元模型并施加低周往复荷载进行分析,与已有试验结果比对,验证了建模和分析结果的有效性。在此基础上调整门洞尺寸及位置参数,分析参数对结构抗震性能的影响。研究结果表明,随着开洞率的增大,结构极限承载力减小,延性明显降低;当门洞位于墙板内部时延性随偏心率增加而减小,而墙板位于边缘时与其余试件均值极限荷载降低了11.2%,抗震性能最差。研究可为实际工程设计提供参考,并给出相关的设计建议。

非平稳随机地震激励下多层框架-摇摆墙结构的响应分析

框架-摇摆墙是一种可有效提高建筑抗震性和韧性的组合自复位结构,为充分了解其在地震下的随机响应特性,构建多自由度框架-摇摆墙结构的简化非线性方程,并利用等效线性化,基于响应的伪谐波行为假设,构建含时变参数的等效线性动力方程;基于随机平均的原理,得出控制响应幅值概率密度函数(PDF)的时间演变形式的福克-普朗克-科尔莫哥洛夫(FPK)方程,最终得出随机响应时间相关方差的一阶微分方程;并以某教学楼一榀框架为样本构建算例模型进行验证。结果表明:近似解析方法具有优异的精确度,在保证随机响应时间相关方差准确性的前提下,相对于传统的蒙特卡罗模拟(MCS)方法可提高分析的效率;在可分离形式和不可分离形式的非平稳地震动功率谱模型的结果中,随机响应方差曲线趋势与随机地震激励的形式相关,且在分段式调制非平稳谱作用下其分段点表现出很明显的不平滑现象;不同类型的随机地震激励扰动下的结果证明了此方法优异的适用性。

钢框架-偏心支撑结构消能梁暗置侧向支撑设计

在钢框架-偏心支撑结构中,针对钢结构住宅等建筑中不能接受常规消能梁侧向支撑的情况,设计了一种在消能梁段端部的楼板内设置型钢连接件及暗梁组成的暗置侧向支撑。有限元模拟分析表明,在规范规定的消能梁段下翼缘侧向水平荷载的作用下,该消能梁暗置侧向支撑能显著减小消能梁的扭转变形和侧向弯曲变形;在考虑消能梁上局部楼板失效的情况下,暗置侧向支撑也能提供消能梁合适的扭转约束刚度。通过某工程的原位静荷载试验,验证了该暗置支撑对消能梁发挥的预期侧向支撑作用。

柔性连接填充墙RC框架结构非线性有限元分析

为了研究橡胶作为新型柔性连接材料对填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗震性能的影响,在7榀1/2缩尺填充墙RC框架结构低周反复加载试验的基础上,采用DIANA有限元软件分析了填充墙与框架之间的连接方式、砌块材料、柔性连接材料以及砂浆强度对填充墙RC框架结构抗震性能的影响。结果表明:与刚性连接相比,以橡胶作为新型柔性连接材料,能减缓结构的强度和刚度退化,极大降低结构的破坏程度,显著提高结构的抗震性能;高弹性橡胶和高阻尼橡胶作为柔性连接材料均表现出优异的抗震性能,而聚苯板(EPS)作为柔性连接材料的抗震性能要比橡胶差;刚性连接方式下不同砌块材料对结构抗震性能影响很大,当使用强度较高的砌块材料时建议采用柔性连接方式以减弱墙-框相互作用;合理降低砂浆的强度等级,可以改变填充墙的破坏模式,对抗震有利。

钢框架-偏心/中心组合支撑结构的特性研究

对工程实践中出现的钢框架-偏心支撑结构中局部布置中心支撑形成新的组合支撑结构体系进行了研究。结合算例的对比分析表明,在线弹性阶段,钢框架-偏心/中心组合支撑结构的宏观抗侧刚度与框架-偏心支撑结构、框架-中心支撑结构抗侧刚度无较大差别。静力推覆对比分析表明,钢框架-偏心/中心组合支撑结构较容易进入耗能梁和中心支撑混合耗能的不合理模式,钢框架-底部偏心+上部中心支撑结构在地震下的屈服次序是不合理的,不宜将中心支撑组合应用于钢框架-偏心支撑结构之中。对确因建筑等原因需将两种支撑混合应用时,应以偏心支撑耗能梁优先耗能、避免支撑混合耗能的原则,进行必要的弹塑性分析设计,确保混合体系合理的抗震性能。

填充墙-钢框架结构抗震性能研究综述

随着钢结构住宅的产生和发展,对于填充墙-钢框架结构抗震性能的影响研究不断深入。本文旨在根据国内外研究成果,系统阐述带填充墙钢框架结构抗震性能的试验研究、简化计算模型建立及有限元分析方法研究,指出当前填充墙-钢框架结构抗震性能研究进程中亟待解决的关键技术问题,并对未来的研究提出展望。

带SBS层阻尼砌体填充墙钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究

针对阻尼砌体填充墙的砌体单元抗拉能力不足及预留缝隙不便于建筑使用的问题,提出改进的墙体构造措施,并制作2榀阻尼砌体填充墙框架试件,对其进行拟静力试验,研究阻尼砌体填充墙框架结构的抗震性能。试验结果表明:拉结筋通长布置的构造措施可有效解决砌体单元抗拉能力不足的问题;在克服了砌体单元的拉裂破坏后,阻尼砌体填充墙的耗能效果显著提高,阻尼砌体填充墙框架结构的承载力衰减更慢,滞回曲线更饱满,耗能能力更强,等效黏滞阻尼系数达到0.12以上;用M1.5砂浆和用发酵聚氨酯填缝的构造措施都是可行的,可确保阻尼砌体填充墙率先耗能、发挥保护主体框架的作用,明显提高阻尼砌体填充墙早期对框架的刚度贡献,同时保留阻尼砌体填充墙不过强约束框架变形、不改变框架结构的延性破坏模式、不造成框架结构延性变差的良好性能;填缝后,阻尼砌体填充墙框架结构的初始抗侧刚度明显提高,位移延性系数在6.0以上,极限层间位移角在1/40以上,可以满足结构在大震下的弹塑性变形要求。