摘 要：本文研究了內(nèi)填鋼板支撐剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及性能，對(duì)體系進(jìn)行建模并實(shí)施對(duì)其線彈性有限元分析，得出由于外包混凝土對(duì)內(nèi)填鋼板支撐的約束作用，可以大大提高其穩(wěn)定性及剛度。同時(shí)通過對(duì)結(jié)構(gòu)模型一些幾何參數(shù)的變化研究其對(duì)結(jié)構(gòu)工作性能的影響，得出關(guān)于內(nèi)填鋼板支撐剪力墻的屈曲性能、剛度提高狀況和工作穩(wěn)定性等的相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：鋼框架；抗側(cè)力體系；屈曲性能；有限元分析；試驗(yàn)?zāi)M

近幾年，鋼結(jié)構(gòu)建筑相比于磚混結(jié)構(gòu)建筑在環(huán)保、節(jié)能、高效、工廠化生產(chǎn)等方面具有明顯優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于建筑中。然而在福建的應(yīng)用很少。目前也沒有出臺(tái)有關(guān)高層建筑剪力墻混合結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)程或規(guī)范，對(duì)其抗震性能研究也尚不夠充分與完善，存在的主要抗震性能問題沒能很好地解決。本課題研究的是對(duì)內(nèi)填鋼板剪力墻的穩(wěn)定性能以及抗震性能研究分析。目前國內(nèi)關(guān)于此類結(jié)構(gòu)的研究處于初始階段，其相關(guān)文獻(xiàn)非常之少。為了確保這類結(jié)構(gòu)的抗震安全性、減輕地震災(zāi)害，對(duì)這種結(jié)構(gòu)的抗震性能和設(shè)計(jì)方法開展系統(tǒng)和深入的研究已是工程的迫切需要。

1 理論分析

（1）通過分別對(duì)內(nèi)填鋼板剪力墻以及鋼框架。內(nèi)填鋼板支撐剪力墻的建模，研究分析得出內(nèi)填鋼板剪力墻的屈曲模態(tài)及屈曲荷載，以及內(nèi)填鋼板支撐剪力墻的包括自振頻率、結(jié)構(gòu)振型等的動(dòng)力特征和結(jié)構(gòu)的抗震性能。課題著重對(duì)模擬實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)的鋼框架內(nèi)填鋼板支撐剪力墻體系進(jìn)行小震作用下的線彈性反應(yīng)分析和罕遇地震作用下的彈塑性時(shí)程分析，并對(duì)該結(jié)構(gòu)體系與其他抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)比，從而得出該結(jié)構(gòu)體系的工作性能的優(yōu)異點(diǎn)。

（2）通過進(jìn)行有限元?jiǎng)恿Ψ治?，比較分析得到其在動(dòng)力特性（周期、振型等方面）的變化，總結(jié)結(jié)構(gòu)在動(dòng)力性能方面的變化；并通過進(jìn)一步調(diào)整影響其工作機(jī)能的相關(guān)參數(shù)研究內(nèi)填鋼板支撐剪力墻鋼框架結(jié)構(gòu)在小震、大震等不同工作狀況下的抗震機(jī)能。

2 試驗(yàn)方法和步驟

（1）屈曲性能分析：

結(jié)構(gòu)線性臨界荷載值，然后以第一階屈曲模態(tài)為依據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)施加初始缺陷。先定義約束系數(shù)λ，對(duì)一字形截面鋼板進(jìn)行支持試驗(yàn)。λ為2%記錄構(gòu)件軸向荷載與軸向應(yīng)變?nèi)^程曲線，并得到對(duì)應(yīng)于2%軸向應(yīng)變的最大抗壓承載力P。對(duì)不同約束系數(shù)λ=0.54、λ=1.09、λ=2.1、λ=2.96分別記錄抗屈曲支撐的荷載力比值）應(yīng)變?nèi)^程曲線進(jìn)行對(duì)比，所得最大荷載水平即為所求整體屈曲臨界荷載。

（2）結(jié)構(gòu)抗震性能模型分析：

采用SAP2000進(jìn)行建模，將結(jié)構(gòu)模擬成無限剛度，不考慮材料非線性和幾何線性和不考慮圍護(hù)構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)構(gòu)模擬計(jì)算有結(jié)構(gòu)形式及構(gòu)造特點(diǎn)、分析精度要求和計(jì)算容量來確定。材料阻尼選8%，結(jié)構(gòu)質(zhì)量有結(jié)構(gòu)方案和材料特征有程序自動(dòng)計(jì)算。樓面荷載為2kN/m2計(jì)算。通過模態(tài)分析，得到框架各階頻率模型。分析不同頻率下產(chǎn)生的應(yīng)力、變形和位移，再利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力特征。得到各樓層的最大位移對(duì)結(jié)構(gòu)從強(qiáng)到及變形兩方面進(jìn)行安全性檢驗(yàn)。

（3）塑性抗震性能分析：

用動(dòng)力分析作為各種簡化計(jì)算方法的比較標(biāo)準(zhǔn)。按照地震波數(shù)據(jù)輸入地面運(yùn)動(dòng)，通過積分運(yùn)算，求得在地面加速度隨時(shí)間變化期間內(nèi)，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形隨時(shí)間變化的全過程，相比彈性分析中的振型分解反應(yīng)譜法和POA方法。對(duì)于質(zhì)量與剛度明顯不對(duì)稱、不均勻的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮雙向水平振動(dòng)和樓面扭轉(zhuǎn)的影響：此時(shí)，樓面除有質(zhì)量mi，（mi，為結(jié)構(gòu)第i層的等效質(zhì)量）外，還有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ij對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生影響，這相當(dāng)于協(xié)同工作計(jì)算法考慮了樓面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的情況。

（4）利用PKPM結(jié)構(gòu)分析軟件，在PMCAD中結(jié)合實(shí)際工程的建筑圖紙建立模型。

SATWE模塊會(huì)自動(dòng)提取PMCAD所需要的數(shù)據(jù)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況進(jìn)行抗震分析。結(jié)合動(dòng)力學(xué)理論，研究對(duì)比各個(gè)結(jié)構(gòu)的層間位移、平均位移、層間位移角，從而具體分析每種抗側(cè)力體系的實(shí)際抗側(cè)力性能，可能影響性能的一些外在因素。

3 技術(shù)關(guān)鍵及其解決辦法

該項(xiàng)目的研究成果是否具有可指導(dǎo)性，關(guān)鍵在于特征值屈曲分析方法考察鋼板及剪力墻各個(gè)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件工作性能的影響計(jì)算的準(zhǔn)確性。本項(xiàng)目主要采用SAP2000有限元軟件進(jìn)行分析，由于其對(duì)剪力墻的非線性分析和塑性鉸的指定沒有其他有限元軟件更有效，所以在線彈性下的工作性能和鋼框架梁柱鋼板支撐的塑性狀態(tài)變化，對(duì)于剪力墻在出現(xiàn)塑性狀態(tài)逐漸破壞之后對(duì)鋼板支撐的影響的變化需要嚴(yán)謹(jǐn)處理進(jìn)一步的研究。

4 總結(jié)

通過建模模擬試驗(yàn)研究分從理論方面對(duì)抗側(cè)力體系的受力性能進(jìn)行分析，進(jìn)一步獲知內(nèi)填鋼板支撐剪力墻結(jié)構(gòu)體系在多遇地震作用下的抗震性能及工作機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果揭示了鋼板墻的極限承載力、延性和滯回性能的變化規(guī)律，為鋼板剪力墻規(guī)范以屈曲后強(qiáng)度為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供了理論和試驗(yàn)依據(jù)。直接影響鋼框架結(jié)構(gòu)在多高層應(yīng)用的廣泛性和服務(wù)年限。研究以福建實(shí)際地質(zhì)情況為依托，研究結(jié)果具有一定的科研價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)意義，將為今后的理論研究及地質(zhì)地震情況提供理論依據(jù)，使得鋼框架結(jié)構(gòu)水平抗側(cè)力的剛度和穩(wěn)定性進(jìn)一步得到保證。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴紹斌，余歡，黃??；填充墻與鋼框架協(xié)同工作性能非線性分析[J]；地震工程與工程振動(dòng)；2005年03期

[2] 劉肖凡，彭少民，李嵩峰；鋼框架砌體圍護(hù)體系試驗(yàn)研究及有限元分析[J]；武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)；2004年12期

[3] 李國強(qiáng)，方明霽，劉宜靖，陸燁；鋼結(jié)構(gòu)住宅體系加氣混凝土外墻板抗震性能試驗(yàn)研究[J]；土木工程學(xué)報(bào)；2005年10期

[4] 丁戈；土坯填充墻鋼框架抗側(cè)性能有限元分析[D]；西安建筑科技大學(xué)；2011

[5] 吳元蒞；帶土坯墻低層住宅鋼框架結(jié)構(gòu)體系抗側(cè)力性能的理論研究與在農(nóng)村住宅中的應(yīng)用[D]；西安建筑科技大學(xué)；2011

[6] 李國華；郁銀泉；顧強(qiáng)；鋼框架內(nèi)填混凝土墻結(jié)構(gòu)體系有限元分析[J]；四川建筑科學(xué)研究；2007年05期

[7] 蔣首超，李國強(qiáng)，葉綺玲. 火災(zāi)下鋼框架結(jié)構(gòu)非線性反應(yīng)分析與試驗(yàn)研究[J]工業(yè)建筑， 2004，（08）

[8] 劉肖凡，彭少民，李嵩峰；鋼框架砌體圍護(hù)體系試驗(yàn)研究及有限元分析[J]；武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)；2004年12期

[9] 李宏男，結(jié)構(gòu)多維抗震理論[M]，北京：科學(xué)出版社，2006

[10] 彭俊，羅永坤，彭地，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、抗震計(jì)算與SAP2000應(yīng)用[M]，成都：西南交通大學(xué)出版社，2007

[11] Emori Katsuhiko.Compressive and shear strength of concrete filled steel box wall[J].Steel Structures，2002，26（2）：29-40

[12]ZHANG Xun′an，Wang Dong，Jiang Jiesheng； The Controlling Mechanismandthe Controlling Effectiveness of Passive Megasubcontrolled Frame Subjected to Random Wind Loads[J]. [M]；Journal of Sound and Vibration； 2005 3

作者簡介

莊燕如（1987-），女，漢族，福建省泉州市，本科，助教，研究方向：建筑電氣工程。endprint