框―剪结构空间协同工作机理及其结构抗震性能研究

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1、框―剪结构空间协同工作机理及其结构抗震性能研究【摘要】框架结构抗侧刚度较小，延性也较小，在地震作用下侧向位移大，并可能引起P-Δ效应，容易使建筑物产生过早的破坏，但是它易于形成较大的自由、创造力的使用空间，以满足建筑物各项功能布局的要求。而剪力墙则可提供很大的抗侧刚度，结构在风荷载或水平地震作用下的侧向位移较小，结构的抗震能力较高;缺点是钢筋混凝土用量多，结构用料刚度不能充分利用，结而构重量很大，过多剪力墙延性也不高，又限制了建筑上灵活自由的布置。【关键词】框-剪结构;空间刚度;整体稳定性;协同作用;抗震性能;结构延性;抗侧刚度0引言在当前高层建筑结构发展应用中，框架-剪力墙结构作为较为

2、常用的一种结构型式，对其抗震性能和影响因素的研究具有重要的理论与工程实践意义。对框架-剪力墙结构体系安全性能的研究分析日益完善，但是在结构内部构件与结构抗震性能和动力特性之间相互影响关系方面的研究还不是很多。1框架-剪力墙结构的受力及变形性能7框剪结构在目前的设计中大致有以下四种结构形式：（1）剪力墙与框架单独布置，互不干扰;（2）将剪力墙嵌入到框架结构的柱跨内;（3）在单片抗侧力结构中，不间断布置剪力墙和框架;（4）上述两种或三种结构的组合。从受力特点来看，结构的变形为剪弯型，即下部结构的层间变形小;上部层间则变形较大。在承受水平作用力下，剪力墙结构的变形曲线为弯曲形，而框架结构则以剪

3、切型变形为主，此时由于存在大刚度楼板的作用，两种结构相互协调，促使整体结构的位移和变形呈现弯剪变化。考虑结构的侧向刚度，由于剪力墙刚度较大，故相对框架承担更多的抵抗力，故而剪力墙受到的剪力也远大于框架体系。其中，刚度特征值λ对框剪结构的受力和位移特性有深刻的影响，侧移曲线的形状与λ值有关。其中λ可由公式λ=■求得。λ为框架的抗推刚度与剪力墙抗推刚度的比值。当λ的值很小时，剪力墙的变形起主要作用，框架的刚度很小，结构的位移曲线接近于剪力墙的变形曲线，呈弯曲型;当λ很大时，框架的刚度作用相对较大，墙起的作用较小，体系的位移曲线与框架的剪切型类似。当λ在2-6之间时，位移的曲线则介于框架与剪力

4、墙的变形曲线之间，上部稍微带剪切型，下部略呈弯曲型，从而整体呈现出弯剪变形，并使得结构上下层的层间变形更为均匀。2框架-剪力墙结构的协同工作机理7框架-剪力墙结构是双重抗侧力构件，由两种变形性质不同的抗侧力单元（剪力墙、柱）通过楼板的协调变形来共同抵抗水平荷载及竖向荷载的体系。在二者相互协同作用时，首先由于剪力墙的刚度远大于框架的刚度，故而通常由剪力墙承担大多数的受力荷载;其次，二者在分担荷载的比例上是上下变化的，由它们各自的变化特点可知，框架结构的下部变形较小，而剪力墙的下部结构变形却增大了，从而使剪力墙承担更多的下部荷载，而框架分担较少的部分。反之，在上部却正好相反，剪力墙变形减小，

5、而框架结构的变形却相应增大，负担的剪力值亦同时增大。故而，结构上下部所承担的剪力更趋合理，使结构的侧向刚度整体得到了提高。协同工作的计算方法有两种：计算机计算方法和手算的近似方法。计算机分析方法计算适用于结构平面和体型较规则的情况，框剪结构利用平面的抗侧力结构的空间协同工作时;而手算的近似计算则是将结构内所有的剪力墙归并为总的剪力墙，所有的连梁归并为总连梁，所有的框架则归并为总框架。协调工作的主要目的是为了解决总框架与总剪力墙之间的荷载分配问题，分别得到他们各自承担的总内力，并求出结构的整体侧向位移。但是不论哪种计算方法，都需在一些假定的条件下才得以顺利进行。7①房屋整体体型规则，剪力墙

6、的布置均匀对称，各楼层质心与刚心相重合;假设楼盖在自身的平面内刚度无穷大，使得任一楼层位置处框架与剪力墙的水平位移相等，且不考虑扭转与平面外刚度对结构的影响，即为uw=uf。②水平方向外荷载由剪力墙与框架结构共同分担。③框架与剪力墙的刚度随高度的变化而均匀变化。在上述假定的基础上，选择合适的计算方法，对框架-剪力墙结构进行协同工作分析3框剪结构中剪力墙的布置原则在框剪结构中，剪力墙被设计为主要的抗侧力受力构件。在设计中，框剪结构应在X、Y两个主轴方向同时设计一定数量的剪力墙作为抗侧力构件，以增强结构的抗震抗扭曲能力;同时，主体结构中，构件之间除了个别节点外均不应采用铰接;在结构的设计中，

7、剪力墙与柱的中线宜重合布置，柱与梁的中线也宜重合设置;而若框架柱、框架梁间存在偏离时，应符合本规程6.1.3的规定。7在框架-剪力墙结构中，剪力墙宜布置边缘约束构件，即：边框梁和边框柱。根据高层建筑规程的规定，布置剪力墙时宜符合以下几个方面的要求。首先确定剪力墙的厚度：若建筑物所属地区要求做抗震设计时，一级、二级抗震设防标准的剪力墙宜设置底部加强部位，规定其截面厚度不应该小于200mm，同时限值其厚度不小于层高的1/16;在三级、四