2014年結(jié)構(gòu)工程師專業(yè)知識重點:框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

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　　框架-剪力墻結(jié)構(gòu)最佳耗能設(shè)計

　　框架―剪力墻結(jié)構(gòu)是由多種具有不同受力特性構(gòu)件(如框架梁、柱，框架與剪力墻之間的連梁，剪力墻墻肢，剪力墻連系梁等)組成的結(jié)構(gòu)，如何通過合理設(shè)計，使其 的抗震性能更好，使之在地震作用下成為最佳耗能體系，即形成最佳破壞體系，滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震原則，從而達到可靠與經(jīng)濟的目的， 是一個很重要的問題，解決這個問題具有重要的理論和實際意義。

　　框架―剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾種方式(由于框架柱出現(xiàn)塑性鉸框架形成柱式側(cè)移機構(gòu)，危害性大，不易修復，一般不允許框架柱出現(xiàn)塑性鉸)：

　　(1)彈性墻―彈性框架(簡稱EW―EF)：即將剪力墻和框架設(shè)計成在整個地震過程中一直處于彈性。

　　(2)彈性墻―彈塑性框架(簡稱EW―PF)：即使剪力墻在整個地震過程中處于彈性，而使框架中的梁端在地震過程中進入彈塑性形成塑性鉸。

　　(3)彈塑性墻―彈性框架(簡稱PW―EF)：即使剪力墻在地震過程中屈服，進入彈塑性，而讓框架在地震過程中一直處于彈性。

　　(4)彈塑性墻―彈塑性框架(簡稱PW―PF)：即使剪力墻在地震過程中屈服，進入彈塑性，也讓框架中的梁端在地震過程中屈服形成塑性鉸。

　　文獻對以上四種結(jié)構(gòu)進行了動力反應(yīng)分析，比較其動力反應(yīng)可得到：

　　結(jié)構(gòu)“EW―EF”產(chǎn)生了最強的結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)。此結(jié)構(gòu)的頂點位移最大，除在結(jié)構(gòu)底部剪力墻屈服層以及靠近屈服層的少數(shù)層外，各層的層間變形以及框架梁、柱彎矩和剪力均較大，剪力墻的彎矩和剪力沿整個高度均較大。

　　結(jié)構(gòu)“EW―PF”的位移(頂點位移和層間位移)較結(jié)構(gòu)“EW―EF”有所減少，但不顯著;框架各層梁、柱彎矩和剪力降低較多;剪力墻的彎矩和剪力變化很小，在結(jié)構(gòu)下部略有減小，在結(jié)構(gòu)上部略有增加。

　　結(jié)構(gòu)“PW―EF”的頂點位移較結(jié)構(gòu)“EW―EF”和結(jié)構(gòu)“EW―PF”減小許多;除在底部若干層里，由于剪力墻的屈服產(chǎn)生塑性轉(zhuǎn)動引起層間位移增大 外，其余各層的層間位移較“EW―EF”和“EW―PF”減小許多;框架梁、柱的彎矩和剪力較結(jié)構(gòu)“EW―EF”有一些下降，但幅度不大;剪力墻的彎矩和 剪力值沿整個高度較“EW―EF”與EW―PF”下降很多。

　　結(jié)構(gòu)“PW―PF”與結(jié)構(gòu)“PW―EF”相比，層間位移和頂點位移稍有增加，但框架梁、柱的彎矩和剪力有所下降;剪力墻的彎矩和剪力變化很小，多數(shù)層稍有減小，少數(shù)層稍有增加。同時與結(jié)構(gòu)“PW―EF”相比，對框架―剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻底部轉(zhuǎn)角延性要求降低。

　　通過比較可以看出，結(jié)構(gòu)“PW―PF”具有最好的抗震性能。而文獻認為，由于結(jié)構(gòu)“PW―PF”需采取構(gòu)造措施來保證框架梁、柱結(jié)點的延性，雖然從受力 特性來看結(jié)構(gòu)“PW―PF”比結(jié)構(gòu)“PW―EF”抗震性能較好，但從經(jīng)濟角度考慮采用結(jié)構(gòu)“PW―PF”將是得不償失，因而建議采用結(jié)構(gòu)“PW―EF”來 做為具有最好的抗震性能的結(jié)構(gòu)。

　　當然，要使結(jié)構(gòu)能形成以上預期的耗能體系，必須保證各構(gòu)件局部延性要求。而對框架和剪 力墻有關(guān)這些問題已有較多研究。如文獻提出了人工塑性鉸的概念，把它用于框架梁端可減少節(jié)點構(gòu)造的復雜性，而且能防止節(jié)點破壞，滿足局部延性要求，使框架 形成梁式側(cè)移結(jié)構(gòu)。又把人工塑性鉸用于雙肢墻的連系梁，使剪力墻的延性得到改善。在剪力墻底層設(shè)置豎向縫，試驗表明其可以使剪力墻底部延性得到改善。把文 獻中構(gòu)造措施和現(xiàn)行規(guī)范給出的一些措施綜合考慮，就完全有可能使框架―剪力墻結(jié)構(gòu)形成一個所預期的最佳耗能體系。