框架——剪力墙结构最佳耗能体系的探讨

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1、框架——敢力墙结构最佳耗能体系的探讨松架剪力墙结构山于具有建筑平而布置灵活和抗侧刚度人的特点，以及较好的抗震性能，因而在三十层以下的高层建筑中大量被采用。框架剪力墙结构是由多种具有不同受力特性构件（如框架梁、柱，框架与剪力墙Z间的连梁，剪力墙墙肢，剪力墙连系梁等）组成的结构，如何通过合理设计，使其的抗震性能更好，使之在地震作用下成为最佳耗能体系，即形成最佳破坏体系，满足小震不坏，中震可修，人震不倒的抗震原则，从而达到可靠与经济的目的，是一个很重要的问题，解决这个问题具有重要的理论和实际意义。木文就想针对这个问题进行一些探讨。高层建筑

2、结构抗震的概念设计逐步被设计人员所认识和重视。因为任何一个精确的理论计算结果都是在一定假定的计算模型基础上所得到的，而地震作川是一个非常复杂的空间问题，且有许多不确定性，尤其是当结构进入弹塑性阶段以后，就很难用常规的计算原理去进行内力分析了，所以在实际设计小应把理论计算结果与概念设计结合起來，才能真正做到使结构安全可靠。事实上现行规范中的一般规定及各类结构的构造要求人部分是从概念设计中获得的。本文所讨论的问题也属于框架剪力墙结构抗震概念设计的内容。1最佳耗能体系的讨论框架剪力墙结构概括起来可以按以下四种方式进行设计（由于框架柱出现赠

3、性较框架形成柱式侧移机构，危害性大，不易修复，一般不允许框架林出现塑性饺）：（1）弹性墙弹性框架（简称EWEF）：即将剪力墙和框架设计成在整个地農过程中一直处于弹性。（2）弹性墙弹塑性框架（简称EWPF）：即使剪力墙在整个地震过程中处于弹性，而使框架中的梁端在地震过程中进入弹塑性形成塑性饺。（3）弹塑性墙弹性框架（简称PWEF）：即使剪力墙在地震过程中屈服，进入弹塑性，而让框架在地震过程中一直处于弹性。（4）弹塑性墙弹塑性框架（简称PWPF）：即使剪力墙在地震过程屮屈服，进入弹塑性，也让松架中的梁端在地震过程中屈服形成塑性较。文献对

4、以上四种结构进行了动力反应分析，比较其动力反应可得到:结构EWEF产生了最强的结构动力反应。此结构的顶点位移最大，除在结构底部剪力墙屈服层以及靠近屈服层的少数层外，各层的层间变形以及框架梁、柱弯矩和剪力均较人，剪力墙的弯矩和剪力沿整个高度均较人。结构EWPF的位移（顶点位移和层间位移）鮫结构EWEF有所减少，但不显著;框架各层梁、柱弯矩和剪力降低较多；剪力墙的弯矩和剪力变化很小，在结构卜-部略有减小,在结构上部略有增加。结构PWEF的顶点位移较结构EWEF和结构EWPF减小许多；除在底部若干层里，由于剪力墙的屈服产生塑性转动引起层间

5、位移增大外，其余各层的层间位移较EWEF和EWPF减小许多；框架梁、柱的弯矩和剪力较结构EWEF有一些下降，但幅度不人:剪力墙的弯矩和剪力值沿整个高度较EWEF与EWPF下降很多。结构PWPF与结构PWEF相比，层间位移和顶点位移稍冇增加，但框架梁、柱的弯炬和剪力有所下降；剪力墙的弯矩和剪力变化很小，多数层稍有减小，少数层稍有增加。同时与结构PWEF相比，对框架剪力墙结构屮的剪力墙底部转角延性要求降低。通过比较可以看出，结构PWPF具有最好的抗震性能。而文献认为，山于结构PWPF需采取构造措施来保证框架梁、柱结点的延性，虽然从受力特

6、性来看结构PWPF比结构PWEF抗震性能较好，但从经济角度考虑采川结构PWPF将是得不偿失，因而建议采用结构PWEF来做为具有最好的抗震性能的结构。然1佃，笔者的试验表明：框架剪力墙结构在整个过程中框架不可能一直处于弹性,尽管试件FW—2考虑到剪力墙较早的开裂将使框架的内力冇所增加，而将框架的配筋量增加，但框架梁仍然屈服，只是推迟了一些。笔者通过对由于剪力墙底层屈服而产生鴉性转动引起内力重分布分析表明：如果保证框架一直处于弹性，则在结构延性满足抗震要求下，框架的剪力（尤其是下部）比弹性计算值增加很多，因而除非将框架的配筋量大幅度的增

7、加，否则不可能使框架一直保持弹性，这显然是不经济的。文献中的框架剪力墙结构承受强烈地震运动的模型试验也表明，在地震过程中剪力墙与框架的梁端都达屈服进入弹塑性。因此,对于框架剪力墙结构在不采取构造措施的条件下，欲使框架一肓处于弹性以保证框架梁柱节点的延性是不现实的，从经济上讲是不可取的。因而本文认为结构PWPF是具有最好的耗能体系和抗震性能的结构。在结构PWPF里，究竞应使什么构件先屈服进入弹塑性对抗震耗能更有利？下面来分析这个问题。首先从震害分析看，松架剪力墙结构比纯松架结构具有较好的抗震性能,是由于框架剪力墙结构侧移较小。如果让剪

8、力墙底部较早屈服，即先屈服形成钱而产生塑性转动，势必使框架剪力墙结构的抗震优点邙艮制侧移）得不到充分发挥，而导致结构侧移加人，对抗震不利。其次根据笔者试验可知，剪力墙底层后于框架梁端屈服的试件FW-1比剪力墙底层先于框架梁端屈服的试件