钢框架-剪力墙结构体系设计浅析

本文以国机集团中国中元东北科技创意产业园建设项目一期工程科研办公楼项目为例,初步探讨钢框架-剪力墙结构体系的受力性能及设计要点,以供参考.

巨型钢框架-双钢板组合剪力墙住宅体系力学性能探究

在巨型结构体系的基础上提出巨型钢框架-双钢板组合剪力墙住宅体系。基于实际超高层混凝土住宅工程背景建立高度为156 m的计算模型,对其进行弹性反应分析及弹塑性时程分析以评估结构力学性能。通过对比主次结构不同的连接假定,探究主次结构连接方式对于结构整体性能及关键结构构件的影响。基于ABAQUS软件分析了次结构与双钢板组合剪力墙之间采用不同连接方式对剪力墙各部件的影响。最后对该结构体系进行经济性分析。研究结果表明:该结构体系能满足建筑户型无柱大空间设计要求且具有优良的力学性能和经济性指标,在设计中主、次结构连接推荐采用铰接连接。研究结果可为巨型钢框架-双钢板组合剪力墙结构的设计提供参考。

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。

装配式钢结构建筑中钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系应用

为研究钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构在装配式钢结构建筑中的应用效果,以某城市的改建安置房项目为例,设计钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系,并按照施工流程完成该结构体系施工;同时采用ABAQUS有限元软件构建该体系的计算模型,分析防屈曲钢板剪力墙和预期对应的钢框架梁柱之间的整体水平静力、剪力墙的受力特性以及耗能情况。结果显示:钢框架+防屈曲钢板剪力墙结构体系的实际应用效果良好,防屈曲钢板剪力墙的耗能比例达到94.1%。

窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系的抗震性能

针对钢结构住宅凸梁、凸柱和抗侧刚度不足的问题,提出一种新型窄翼缘异形柱-波纹钢板剪力墙体系;通过与传统H形钢柱-平钢板剪力墙体系进行对比,确定内嵌波纹钢板布置方式,采用ABAQUS软件建立所提出体系的有限元模型,对所提出体系的抗震性能进行分析,探讨外部框架截面形式与布置方式、波纹钢板厚度与剪跨比等对所提出体系的抗侧承载力、耗能能力和塑性变形能力的影响。结果表明:所提出的体系具有较大的抗侧承载力和较强的耗能能力、塑性变形能力,极限抗侧承载力为设计值的1.73倍,具备一定的安全储备;横向布置的波纹钢板能有效减小其作用于框架梁柱的荷载;采用十字形异形柱使所提出的体系有更强的塑性变形能力;所提出体系中的异形柱偏肢宜沿剪力墙面内方向布置,内嵌波纹钢板厚度宜取为3~5 mm,剪跨比宜控制在1.25左右。

框架-剪力墙结构隔震参数的优化研究

文章针对框架-剪力墙结构进行了隔震参数的优化研究.由于框架和剪力墙的变形特性不相同,为了对上部结构进行更精准的分析,文章通过运用多质点分布参数体系,通过赋予框架和剪力墙对应的相关参数,探讨了框架-剪力墙结构在采用基础隔震的情况下其上部结构的变形特性,并给出了框架-剪力墙隔震体系上部结构框剪刚度比的优化意见.

阶梯形框架-剪力墙结构的解析有限元法

为克服框架-剪力墙结构理论解析解只适应等刚度和均布荷载、倒三角形分布荷载和集中荷载作用,无法解决变刚度、复杂荷载作用分析的不足,利用固接体系框架-剪力墙微分方程的奇次解,建立了解析有限元列式,推导了单元在均布荷载和倒三角形分布荷载作用下的非节点荷载等效公式,给出了剪力在框架、剪力墙中分配的有限元算法。对所建立的有限元列式和非节点荷载等效公式进行实例验证,比较了解析有限元和常规有限元随网格密度变化的收敛性能,验证了解析有限元在阶梯形变刚度框架-剪力墙结构分析中的适应性能。得到了解析有限元结果与理论解完全一致,解析有限元不依赖网格密度、收敛性能优越等结论。本文所建立的解析有限元为变刚度框架-剪力墙结构提供了一种简便的分析工具。

框架-支撑体系钢结构抗震耗能分布研究

为认识不同类型支撑钢框架结构的耗能分布,解决钢框架设置支撑体系的优化问题,以广东省肇庆市某多层框架-支撑体系商用办公楼为例,运用数值模拟的方法,建立3种不同类型钢框架-支撑体系,分析结构体系的耗能机制和耗能分布。结果表明,无支撑普通钢框架结构的能耗分布呈明显的不均匀性,其结构能耗主要由钢梁承担,而钢柱的能耗承担比例较小,钢柱的耗能比曲线随着层高比的增加呈现波动式增加方式,钢梁的耗能比曲线随着层高比的增加呈现多峰值特征;偏心支撑钢框架结构和中心支撑钢框架的钢架柱和钢架梁耗能比均随着层高比呈现非线性增加后非线性减小的趋势;在相同的层高比条件下,偏心支撑钢框架结构钢架梁的耗能比比钢架柱大,而中心支撑钢框架的钢柱耗能比比钢梁大。

T型RC框架-钢支撑结构体系的抗震性能

鉴于不规则结构地震响应的复杂性,文章将平面不规则RC框架结构和3种不同类型的钢支撑结合起来,建立大底盘T型RC框架结构模型,并增设X型支撑、倒V型支撑和单斜杆型支撑的结构模型,分别进行了振型分析、反应谱分析和时程分析,以研究不规则RC框架结构的地震响应和增设钢支撑对结构的抗震性能提升效果。研究结果表明,增加钢支撑能有效提升RC框架结构的抗震性能,并减少不规则结构的扭转效应,结构的自振周期、周期比、楼层位移及层间位移角均明显减小。与单斜杆型支撑相比,增设倒V型支撑和X型支撑对结构抗震性能的提升作用更明显,并且增设X型钢支撑结构的抗震性能最佳。

高层钢结构框架-中心支撑体系设计要点

对于高层建筑钢结构框架-中心支撑体系,在设计时应使钢柱的刚度和承载能力符合要求;保证钢梁的抗剪性能满足要求;尽量避免轴压比超过规定的限制值。基于案例工程的结构特点,从结构构造、材料选择、节点连接和抗震计算分析等方面角度,提出保证结构安全性的保护措施建议:使用钢管混凝土柱;节点选择为贯穿型板式连接。

钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能

目的 研究钢管混凝土键连接框架梁和剪力墙的受剪性能,为工程应用提供设计依据。方法 应用有限元分析软件ABAQUS对比钢管混凝土键连接与现浇连接梁墙的结构受剪性能,分析前者受剪机理及不同因素对受剪性能的影响。结果 钢管混凝土键连接梁墙的结构承载力和延性系数较现浇结构分别提高约10%和34%;钢材强度从Q235到Q390,初始刚度增加8.44%;截面高度从100 mm到120 mm,延性系数提高17.73%;截面厚度每增加2 mm,承载力提高约15%;截面长度和混凝土强度等级对承载力、初始刚度和延性系数的影响均小于15%,纵向距离对其受剪性能几乎无影响。结论 采用钢管混凝土键连接梁墙的结构总体受剪性能优于现浇结构;钢材强度和截面厚度分别是影响初始刚度和承载力的主要因素。

框架-剪力墙结构在高层建筑隔震设计的应用研究

本文主要研究框架-剪力墙结构在高层建筑隔震设计中的应用。在此基础上,详细探讨了框架-剪力墙结构的隔震优化设计方法,提出了隔震装置的选择与布置、结构动力分析以及隔震效果评估等方面的优化措施,可为后续类似项目的隔震设计提供参考借鉴。

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。

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。

框架-剪力墙双重抗侧力体系柱计算长度系数研究

针对框架-剪力墙双重抗侧力体系,通过刚度特征值综合反映框架与剪力墙的侧向刚度,考察其对框架剪力分担率与屈曲荷载的影响。建立了高度为48 m、72 m、96 m和120 m四个计算模型,分别采用有限元法和简化方法计算结构的屈曲荷载与框架柱的计算长度系数。刚度特征值可以综合反映框架与剪力墙相对刚度以及结构高度的影响,特征刚度值越大,框架分担的剪力也随之增大。框架屈曲荷载修正系数γ可以用于定量表征框架受到剪力墙侧向支撑作用强弱的程度,γ随着结构高度增大迅速减小。当框架-剪力墙高度较大时,其框架部分的屈曲荷载可能低于相应纯框架的屈曲荷载,说明此时框架部分为剪力墙提供了侧向支撑。计算结果表明:对于纯框架,按结构标准层分段加载有限元分析得到柱的计算长度系数在各标准层范围内保持不变,且各标准层之间差异不大;基于同层柱相互支援的修正《钢结构设计标准》法,得到柱的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近,两者误差为−9.5%~14.2%。框架-剪力墙柱的计算长度系数介于无侧移框架与有侧移框架之间;随着结构高度增大,其值与纯框架的计算结果逐渐接近;修正《钢结构设计标准》法得到的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近。由于柱的轴力随楼层高度增大逐渐减小,根据欧拉公式计算得到柱的计算长度系数不断增大,说明逐层加载有限元模型在确定柱计算长度系数方面存在局限性。该文方法可供框架-剪力墙双重抗侧力体系确定框架柱计算长度系数时参考。

外剪力墙-内框架混凝土结构的振动台试验研究

为了研究外剪力墙-内框架混凝土结构这一新型结构体系的抗震性能,基于原型设计了1/7比例的16层模型,选取了LANDERS波、SFERN波和一组人工波进行了振动台试验.分析了结构的破坏现象、动力特性、加速度反应、位移响应及应变反应,根据层间位移角并结合试验现象综合评估了其抗震性能.结果显示:在7度频遇地震和7度基本地震作用下结构表面未观察到裂缝,基本频率下降不超过2%;在7度罕遇地震作用下,模型刚度线性退化,仅第2层顶部转角墙连梁端部出现竖向微裂缝,层间位移小于规范规定的弹塑性限值,结构受到轻微破坏;在8度罕遇地震作用下,裂缝进一步发展,最大层间位移角达到1/72,结构破坏程度加剧;在8度半罕遇地震作用下,3层连梁端部彻底开裂、剪力墙底部水平贯穿,结构受损严重但未倒塌.结构下部Y方向的抗侧刚度不足,若适当加强底部,则结构的整体抗震性能可进一步提高.综合来看,外剪力墙-内框架结构体系能够满足我国现行抗震规范“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防要求.剪力墙刚度远大于内部框架柱,所以地震作用主要由外部剪力墙承担,内部框架柱在试验结束后仍保持完好,说明该结构体系能够在满足我国现行抗震规范基本要求的基础上实现内部空间的灵活划分.

框架-剪力墙结构弹塑性地震剪力分配分析

基于背景工程,构建考虑协同工作机制的平面分析结构模型,分别对3组不同刚度特征值的框架-剪力墙结构展开参数分析,对框架剪力与结构基底剪力的比值进行定量分析研究,总结弹塑性状态下结构的内力分配机制.针对设计过程中是否对框架剪力进行调整,建立2类分析模型,探讨了剪力调整对结构配筋、罕遇地震下结构性能以及结构抗倒塌能力的影响.结果表明,现行规范规定的剪力调整对框架-剪力墙抗震性能的影响较小,且调整方案对强柱弱梁的设计原则存在不利影响.结构设计过程中,在保证强柱弱梁和塑性铰转动能力的前提下可不必采取剪力调整措施.

基于铰接框架支撑体系的装配式钢结构建筑施工技术的设计与应用

常规的装配式钢结构建筑施工技术主要使用耳板吊装法拼装楼板三榀桁架,但其易受现场施工条件限制,导致建筑主体结构用钢量过高。为了降低施工成本,基于铰接框架支撑体系设计一种全新的装配式钢结构建筑施工技术,即组装钢结构建筑施工构件,并利用铰接框架支撑体系连接钢结构建筑墙体,最后安装建筑主体结构,从而完成装配式钢结构的建筑施工。分析结果表明,基于铰接框架支撑体系的装配式钢结构建筑施工技术的建筑主体结构用钢量较低,施工效果较好,符合钢结构建筑施工要求,具有一定的经济价值。

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。

RC框架-剪力墙隔震结构地震韧性设计研究

高烈度地区重要建筑往往采用RC框架-剪力墙结构体系,采用隔震技术设计该类建筑,满足《建设工程抗震管理条例》中规定的设防地震下正常使用要求,甚至满足罕遇地震下的高韧性目标需求,成为了该类结构设计的重点难题。该研究以一8度区的RC框架-剪力墙工程为例,对该结构的抗震方案展开了设防和罕遇地震下的地震韧性评价。在此基础上,针对隔震结构提出了3种上部结构设计理念,并设计了3个隔震案例,进行了设防和罕遇地震下的韧性评价。分析结果表明:传统抗震结构在设防地震下无法满足正常使用需求,抗震韧性等级仅为一星;按降一度贴限设计确定隔震上部结构截面且按降一度确定上部结构配筋时,设防地震下需3.1 d的修复时间才能恢复正常使用功能,罕遇地震下的抗震韧性等级为二星;按降半度贴限设计确定上部结构截面,且按降一度确定上部结构配筋时,建筑功能可基本不中断,满足正常使用需求,但罕遇地震下的抗震韧性等级仍为二星;按不降度贴限设计确定上部结构截面且按降一度确定上部结构配筋时,建筑功能完全不中断,满足正常使用要求,罕遇地震下可达到韧性三星。研究的相关成果可为高烈度地区RC框架-剪力墙结构的隔震韧性设计的深入研究提供参考。