+ 建筑钢结构进展第卷钢板剪力墙的研究成果为了克服无加劲肋薄钢板剪力墙局部屈曲荷载低刚度下降快的缺点工程上常常采用在钢板剪力墙上设置加劲肋的方式可以有效提高屈曲强度和承载力改善构件的延性性能在工程实践中为满足开窗洞开门洞开通道和管线集中穿越等建筑使用功能结构设计中需要采

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出酆
5 years ago
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1 第卷第期年月建筑钢结构进展!"!#! $%&% '#% 带大矩形洞口钢板剪力墙力学性能研究与设计方法初探刘学林范重黄彦军中国建筑设计研究院北京摘要钢板剪力墙延性好耗能能力强是一种新型的高层抗侧力构件工程实践中为满足开窗洞和开门洞的要求需要采用带大矩形洞口的带肋钢板剪力墙作为抗侧力构件的方案目前国内外对于此类钢板剪力墙尚未见到系统的研究设计规范中缺乏可操作的具体规定通过试验研究和数值分析方法对带大矩形洞口钢板剪力墙的受力性能进行了较为深入的研究结果表明水平边框梁和竖向边框柱的面外刚度对结构的整体性能影响较大薄钢板剪力墙开洞后刚度有所降低根据开洞薄钢板墙的力学特点提出了矩形洞口周边的边框梁和边框柱设计方法关键词钢板剪力墙大矩形洞口试验有限元边框梁边框柱设计方法中图分类号 % 文献标识码文章编号 ---.-,%-/-!!!2//.!*$/ (+3401()- )2/#2#! C (/#27!8 8/2/0/ 6////1/"+..402#28"""!#1/" 1"8/#/8/41%6 02/"/#/!/8#/4!"////1/" #2//"80"0/""4!"%/20!"1#"!#"242/ 26 02/#/!/8%2!2/8##!"2="#.8 #!"#"/"/"/"%28/88:8.//"!.#/!"242/6 02/#/!/8%(!20 2/!++8/4!"/14/./"#!.2//.8/!#2/42/6%2826 #//"0%2 ".2"4!"/14/./"#!.//88"4/"2.#2/#/42/6 02 /#/!/8% 8/2/0//#/!/8.//14!"/14/.4!"/1#!. ".2" 钢板剪力墙是世纪年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系其主要作用是提供结构的侧向刚度抗剪强度和抗震延性钢板剪力墙由周边框架和内嵌钢板组成具有自重轻安装方便等特点研究表明钢板剪力墙可以充分发挥钢材延展性好耗能能力强的特点侧向刚度大构件延性性能好具有出色的抗震性能是一 + 种具有广阔发展前景的超高层建筑抗侧力构件鉴于钢板剪力墙的优越性能加拿大规范 )& )+ 与美国规范 ) 均增加了钢板剪力墙的相关条款这些条款均基于无加劲肋薄收稿日期收到修改稿日期基金项目中国建筑设计研究院集团科技创新基金资助项目?>-% 作者简介刘学林 - 男博士高级工程师主要从事大型复杂结构的分析和设计 *+./!:#/"%# 范重 -- 男博士教授级高级工程师主要从事超高层和大跨度结构设计与研究

+ 建筑钢结构进展第卷钢板剪力墙的研究成果为了克服无加劲肋薄钢板剪力墙局部屈曲荷载低刚度下降快的缺点工程上常常采用在钢板剪力墙上设置加劲肋的方式可以有效提高屈曲强度和承载力改善构件的延性性能在工程实践中为满足开窗洞开门洞开通道和管线集中穿越等建筑使用功能结构设计中需要采用带大矩形洞口的带肋钢板剪力墙作为抗侧力构件的方案国内

本文通过试验研究和数值分析对带大矩形洞口的薄钢板剪力墙受力性能进行了分析并提出了矩形洞口周边的边框梁和边框柱的设计方法为该类结构构件的工程应用提供了一些参考图试验试件!"#)'!

. 边框柱采用矩形钢管混凝土柱边框梁采用 9 形钢梁构件采用全焊接连接方式为了模拟实际的边界条件试验模型在钢板剪力墙底层增加半层顶层增加 % 倍层高 6+ 的几何尺寸如图所示 6+ 的几何尺寸与 6+ 的几何尺寸除矩形洞口大小和位置外其余均相同两个试件的外形立面如图所示为防止墙板在使用阶段发生荷载屈曲在每片墙板上都设置了竖向加劲肋同时为了进行开洞补强

2 + 建筑钢结构进展第卷钢板剪力墙的研究成果为了克服无加劲肋薄钢板剪力墙局部屈曲荷载低刚度下降快的缺点工程上常常采用在钢板剪力墙上设置加劲肋的方式可以有效提高屈曲强度和承载力改善构件的延性性能在工程实践中为满足开窗洞开门洞开通道和管线集中穿越等建筑使用功能结构设计中需要采用带大矩形洞口的带肋钢板剪力墙作为抗侧力构件的方案国内李戈对无加劲肋开洞钢板剪力墙的抗侧力性能进行了试验与数值研究对影响其抗侧承载力的相关因素进行了初步的分析国外 )2 和 /= 对无加劲肋开洞钢板剪力墙也进行了相关的试验与理论研究提出了此种形式的无加劲肋开洞钢板剪力墙抗侧承载力的计算公式但是带加劲肋开洞钢板剪力墙的水平边缘构件对结构承载力的影响以及大矩形洞口边缘构件的设计尚未见到有系统的研究本文通过试验研究和数值分析对带大矩形洞口的薄钢板剪力墙受力性能进行了分析并提出了矩形洞口周边的边框梁和边框柱的设计方法为该类结构构件的工程应用提供了一些参考图试验试件!"#)'! & 带大矩形洞口的多层钢板剪力墙结构试验研究 &'& 试验概况为了研究带大矩形洞口薄钢板剪力墙的力学性能探明洞口对不同高宽比钢板剪力墙的影响并对比开洞钢板剪力墙与不开洞钢板剪力墙的承载能力完成了两个钢板剪力墙模型试验带大矩形洞口的钢板剪力墙 6+ 不开洞的钢板剪力墙 6+ 如图所示钢板剪力墙试件采用缩尺墙板厚度为.. 边框柱采用矩形钢管混凝土柱边框梁采用 9 形钢梁构件采用全焊接连接方式为了模拟实际的边界条件试验模型在钢板剪力墙底层增加半层顶层增加 % 倍层高 6+ 的几何尺寸如图所示 6+ 的几何尺寸与 6+ 的几何尺寸除矩形洞口大小和位置外其余均相同两个试件的外形立面如图所示为防止墙板在使用阶段发生荷载屈曲在每片墙板上都设置了竖向加劲肋同时为了进行开洞补强在洞口周围布置了加劲肋加劲肋为形和矩形两种截面形式形加劲肋的截面尺寸为墙板双侧对称布置矩形加劲肋的截面尺寸为墙板单侧布置水平边缘构件墙板与竖向边缘构件之间采用全熔透对接焊缝连接以保证墙板与边缘构件连接的可靠性为了模拟实际结构中钢梁上翼缘混凝土楼板对结构较强的侧向约束作用墙板单侧布置矩形截面加劲肋试件的钢材等级为 < 混凝土强度等级为 ) 试件的材料参数如表所示图.. 的几何尺寸单位!"#$!!&..! 图两个试件的外形立面单位!"#6%2!&'!! 钢管混凝土在结构中主要用于承受竖向荷载为模拟重力荷载的作用首先施加竖向荷载两侧的竖向千斤顶分别加力 =& 并在试验过程中保持恒定水平加载装置为两个并排固定于实验室反力墙的拉压千斤顶每个千斤顶可施加的最大拉压荷载为 =& 因此可施加的总水平最大拉压荷载为 =& 水平荷载通过分配梁施加给试件由于试件的平面外刚度较弱为防止加载过程中试件发生整体的面外失稳在边柱顶

3 第期带大矩形洞口钢板剪力墙力学性能研究与设计方法初探, 表材料参数 )#!%''!&'! 规格厚度.. 屈服强度 $,/ 极限强度 $,/ 延伸率强屈比钢材 < % % < % % < - % % 混凝土立方体抗压强度试件编号强度等级 $',/ 6+ ) % 6+ ) % 部设置侧向支架用于约束其面外变形模型结构的底板与地梁通过高强螺栓连接并采用丝杠将地梁锚固于实验室底座试验加载过程按照建筑抗震试验方法规程 >7> +- 的规定采用荷载 + 位移双控制加载制度具体加载过程如下结构屈服前采用荷载控制模式以预估的屈服荷载为参考荷载分级加载每级控制荷载反复一次当荷载 + 位移曲线上出现拐点时表示试件开始屈服此时采用位移控制模式以屈服荷载对应的加载端位移为位移级差参考值并根据试验实际情况进行调整每级控制位移反复两次图加载顶点水平荷载水平位移曲线!"#0!'%1!2 &' 主要试验结果与结论图所示为 6+ 和 6+ 的加载顶点水平荷载 + 位移曲线图所示为 6+ 和 6+ 荷载 + 位移曲线的骨架曲线试验结果表明不开洞与带大矩形洞口的钢板剪力墙试件均具有良好的承载力延性和耗能能力抗震性能优越带大矩形洞口的钢板剪力墙 6+ 的极限承载力和刚度比不开洞的钢板剪力墙 6+ 小说明开洞会降低钢板剪力墙试件的承载力和刚度开洞后的钢板剪力墙延性比不开洞钢板剪力墙好带大矩形洞口薄钢板剪力墙结构的数值分析 '& 计算模型的建立为了更深入地了解带大矩形洞口钢板剪力墙结构的受力性能对比开洞大小对钢板剪力墙的影响数值分析的计算模型与试验模型完全一致如图 / 所示边框梁和边框柱的构件尺寸如图所示采用有限元软件 < - 进行分析计算钢材采用弹塑性本构模型屈服面为 $, 屈服面弹性阶段弹性模量. 5,/ 泊松比 6 5% 屈服应力按材性试验结果选取应变达到 % 时开始强化强化模量. %#. 5 图 ( 荷载位移骨架曲线!"#(0!'%%2 混凝土采用 < 软件自带的损伤塑性模型弹性阶段弹性模量. '%,/ 泊松比 6%

建筑钢结构进展第卷各参数取值如表所示其中 *###1 为流动势的偏度 $7$' 为初始等效双轴轴压屈服应力与初始单轴抗压屈服应力的比值 ' 为受拉子午线与受压子午线常应力的比值表混凝土损伤模型参数 )#*%' 膨胀角 *###1 $7$' ' 粘滞参数 E % % % 为了提高计算效率并保证结构非线性计算收敛混凝土损伤模型假定没有下降段并忽略混凝土的损伤计算模型中

4 建筑钢结构进展第卷各参数取值如表所示其中 *###1 为流动势的偏度 $7$' 为初始等效双轴轴压屈服应力与初始单轴抗压屈服应力的比值 ' 为受拉子午线与受压子午线常应力的比值表混凝土损伤模型参数 )#*%' 膨胀角 *###1 $7$' ' 粘滞参数 E % % % 为了提高计算效率并保证结构非线性计算收敛混凝土损伤模型假定没有下降段并忽略混凝土的损伤计算模型中矩形钢管混凝土和钢梁均采用三维实体 )( 单元钢板和加劲肋采用壳体单元 ( 图, 水平荷载位移曲线考虑初始缺陷!"#,0!'%1!2!1!!!%!'&! ' 弹性屈曲分析由于实际工程中钢板剪力墙会承受竖向荷载作用在进行带大矩形洞口薄钢板剪力墙的弹性屈曲分析时分别对边框柱在竖向荷载和加载梁顶端水平荷载两种作用下的屈曲模态进行分析竖向荷载和水平荷载的关系与模型试验一致得到第阶屈曲模态如图所示图.. 试件加载顶点荷载位移骨架曲线数值模拟与试验结果对比!"#*'!&%!'%%2 &%%!%%.. 图 + 带大矩形洞口.. 钢板剪力墙的第阶屈曲模态!"#+)1&!%!"&%'%1%!1%""%'!".. 弹性屈曲分析表明带大矩形洞口薄钢板剪力墙 6+ 的屈曲模态为整体屈曲 ' 承载力分析考虑竖向荷载和水平荷载作用下一阶屈曲模态的初始缺陷将第阶屈曲模态作为初始缺陷引入到模型中进行!2 分析得到构件模型的荷载 + 位移曲线如图所示图给出了试验模型和数值模型骨架曲线的对比分析结果表明数值模型的分析结果与试验结果吻合良好 ' 荷载位移滞回性能分析为了更深入地了解带大矩形洞口加劲肋钢板剪力墙结构的抗侧承载力需要进行荷载 + 位移滞回性能分析加载制度按照如下步骤进行步骤在钢管混凝土柱上加竖向荷载每侧均为 =& 保持恒定步骤在顶部加载梁上施加水平荷载幅值为 =& 从加载到 =& 步骤在顶部加载梁上施加水平位移引入初始缺陷加载得到试件 6+ 的滞回曲线如图 - 所示图 - 给出了试验模型和数值模型荷载 + 位移曲线的对比分析结果表明数值模型的分析结果与试验结果一致性较好证明了数值分析模型的合理性可以利用该数值模型对钢板剪力墙结构进行分析研究改进后带大矩形洞口钢板剪力墙结构的性能研究 '& 带大矩形洞口钢板剪力墙的构造措施钢板剪力墙由边框柱边框梁和内嵌钢板剪力墙板构成当钢板剪力墙上需要设置大矩形洞口时为了解

由于洞口连梁在结构发生水平位移的变形量较大采取设置相应的构造措施确保在较大塑性变形时的延性与耗能能力带大矩形洞口钢板剪力墙的构造如图所示其中和 1 分别为钢板剪力墙的边框柱之间和边框梁之间的距离 1 ' 和 1 7 分别为边框柱和边框梁的截面尺寸和 1 2 分别为钢板剪力墙洞口的宽度和高度 1 ' 和 1 ' 分别为洞口边框柱的截面尺寸 '$ 和 '$

5 第期带大矩形洞口钢板剪力墙力学性能研究与设计方法初探 - 图 -.. 加载顶点水平荷载水平位移曲线数值模拟与试验结果对比!"#-*'!&%!'%1!2 &%%!%%.. 决在前述试验中出现的墙面整体面外屈曲变形大矩形洞口角部撕裂引起的承载力降低等问题在以下几个方面进行了相应的改进通过增加 9 形钢翼缘宽度与厚度的方式对边框梁进行加强避免出现跨越楼层的面外变形调整墙板加劲肋的高度避免过早出现局部屈曲在洞口两侧设置洞口边框柱在洞口上下结合楼层的边框梁处设置洞口连梁对洞边进行加强通过适当增加连梁的高度得到较大的结构侧向刚度由于洞口连梁在结构发生水平位移的变形量较大采取设置相应的构造措施确保在较大塑性变形时的延性与耗能能力带大矩形洞口钢板剪力墙的构造如图所示其中和 1 分别为钢板剪力墙的边框柱之间和边框梁之间的距离 1 ' 和 1 7 分别为边框柱和边框梁的截面尺寸和 1 2 分别为钢板剪力墙洞口的宽度和高度 1 ' 和 1 ' 分别为洞口边框柱的截面尺寸 '$ 和 '$ 分别为带大矩形洞口钢板剪力墙的洞口两侧墙板的宽度 1 为洞口连梁的高度图 / 带大矩形洞口钢板剪力墙的构造!"#/.%!%&%'%1%!1%""%'!" 模型 6+ 加载历程如下步骤在边框柱顶端施加竖向均布荷载每个柱顶的竖向力均为 =& 步骤在顶层加载梁上端施加单向水平荷载 =& 步骤在顶层加载梁上端施加单向水平位移使模型的水平侧向位移达到.. 具体步骤如表所示表改进后模型.. 的加载步骤 )#0!"'&!'2%.. 加载步骤类型加载位置加载量步骤竖向荷载边框柱顶端 =& 步骤单向水平荷载顶层加载梁 =& 步骤单向水平位移顶层加载梁.. ' 改进后带大矩形洞口钢板剪力墙计算分析结果为了保证钢板剪力墙结构能充分发挥其水平承载力延缓结构在竖向荷载作用下的整体屈曲将层间水平边缘构件的面外刚度增大即将水平边缘构件的截面尺寸由 9 改进为 9-% 增加大矩形洞口的洞边柱和洞边梁的刚度并将钢板剪力墙的墙板材质由 < 改进为 < 以保证强边框弱墙板墙板耗能改进后的模型为 6+ 对改进后的模型进行竖向荷载与水平荷载同时作用下的屈曲分析取第阶屈曲模态作为初始缺陷引入到模型中进行承载力分析和滞回分析加载步骤得到的模型 6+ 在竖向荷载作用下的, 应力云图和面外变形云图如图所示加载步骤得到的模型 6+ 在水平荷载作用下的, 应力云图和面外变形云图如图所示加载步骤得到的模型 6+ 和 6+ 在水平荷载作用下的荷载 + 位移曲线对比如图所示由图可知随着两个模型的初始刚度逐渐增大在水平荷载作用下模型均处于弹性变形阶段由步骤得到的模型 6+ 在水平位移作用下的, 应力云图和面外变形云图如图所示由步骤得到的模型 6+ 和 6+ 在水平位移作用下的荷载 + 位移曲线对比如图所示

/ 建筑钢结构进展第卷图竖向荷载作用下的应力云图和面外变形云图!"#!&!2!%%!" 图水平位移作用下的应力云图和面外变形云图!"#!&! 1!%!'% 图水平荷载作用下的应力云图和面外变形云图!

改进后的带大矩形洞口钢板剪力墙的墙板和洞口连梁在极限荷载作用下均进入塑性由于钢板剪力墙的墙板材质采用 < 低强度钢材所以墙板的屈服比连梁进入塑性要早图 (

'%1!2 1!%!'% 带大矩形洞口薄钢板剪力墙结构的设计初探 '& 设计理念当钢板剪力墙开大矩形洞口时钢板的边界条件与受力状态发生显著变化根据 ) 和

6 / 建筑钢结构进展第卷图竖向荷载作用下的应力云图和面外变形云图!"#!&!2!%%!" 图水平位移作用下的应力云图和面外变形云图!"#!&! 1!%!'% 图水平荷载作用下的应力云图和面外变形云图!"#!&!1!%%!" 图水平荷载作用下的荷载位移曲线对比!"#*'!&%!'%2 1!%%!" 分析结果表明将水平边缘构件翼缘加宽加厚增加大矩形洞口的洞边柱和洞边梁的刚度能够很好地抑制钢板剪力墙的整体屈曲变形抗剪承载力也得到了明显提高改进后的带大矩形洞口钢板剪力墙的墙板和洞口连梁在极限荷载作用下均进入塑性由于钢板剪力墙的墙板材质采用 < 低强度钢材所以墙板的屈服比连梁进入塑性要早图 ( 水平位移作用下的荷载位移曲线对比!"#(*'!&%!'%1!2 1!%!'% 带大矩形洞口薄钢板剪力墙结构的设计初探 '& 设计理念当钢板剪力墙开大矩形洞口时钢板的边界条件与受力状态发生显著变化根据 ) 和 A*, 墙板的洞口周边均应有与钢板长高相等的通长水平边界单元和竖向边界单元围合对于钢板剪力墙开洞部位上下层洞口之间的边框梁形成洞口连梁其变形量集中构件较早进入屈服状态为了确保结构的侧向稳定性在洞边有楼板一侧应设置水平侧向支撑梁在首层与顶层应尽量不设洞口连梁或对其进行显著加强在内嵌钢板剪力墙设计时可采用先屈服后屈曲高耗能的设计理念内嵌钢板剪力墙尽量采用强度较低的钢材边框柱与边框梁可以采用高强度钢材根据带竖向加劲肋钢板剪力墙的受力特点建议在设计时采用

7 第期带大矩形洞口钢板剪力墙力学性能研究与设计方法初探的抗震性能指标如表所示表带竖向加劲肋钢板剪力墙的抗震性能指标 )#.!!'&!!&1%'% 1%!12!%!& 地震烈度多遇地震设防烈度罕遇地震性能水准无破坏可修复不倒塌层间位移角限值底部加强区不屈服钢管混凝土一般部位可进入塑弹性不屈服边框柱性但不得出现破坏或强度显著降低可出现塑性铰但不 9 形钢可轻微弹性得出现破坏或强度显边框梁进入塑性著降低可进入塑性但不得大矩形洞口弹性不屈服出现明显的内凹边框柱变形大矩形洞口可进入形成塑性铰不得出弹性连梁塑性现破坏可进入塑性钢板保持延性良好不得弹性先屈服剪力墙出现受拉破坏后屈曲 ' 带竖向加劲肋钢板剪力墙为避免钢板剪力墙在施工与使用过程中过早出现屈曲可通过设置竖向加劲肋的方式延缓钢板发生面外变形竖向加劲肋的间距与钢板剪力墙的抗震性能要求有很大关系目前我国结构设计规范尚无明确的规定当对于墙板的面外变形控制要求较高时可参照现行钢结构设计规范 7 中有关对直接承受动力荷载吊车梁腹板设置构造加劲肋的规定钢板剪力墙设置竖向加劲肋的间距为槡 7 & % 8 $ 式中 % 8 与 7 分别为钢板的厚度与加劲肋之间的净距竖向加劲肋对于改善钢板剪力墙受力性能的作用非常显著对初始缺陷产生面外变形的抑制作用明显可以有效改善钢板剪力墙的耗能性能但竖向加劲肋也会引起用钢量一定程度的增加故此应考虑竖向加劲肋与墙板的相对刚度通过调整加劲肋的截面尺寸与间距确定适当的肋板刚度比使加劲肋的屈曲应力接近于各区格钢板的屈曲应力钢板墙的板肋刚度比为 &.5 7 式中 5 为单个加劲肋的截面惯性矩钢板墙的抗弯刚度为 &.% 8 " 式中. 分别为钢材的弹性模量与泊松比钢板剪力墙的板肋刚度比与其受力状态密切相关钢板剪力墙受剪屈曲时的波形数量倾斜角度与加劲肋数量关系很大当肋板刚度比为左右时竖向加劲肋对钢板屈曲变形的约束作用较为合适当钢板剪力墙承受竖向荷载时肋板刚度比应控制在左右 ' 洞口边框柱设计根据 ) 和 A*, 的设计理念补强边框柱非贯通小柱的刚度应满足 '#% 81 2 的要求防止柱子发生内拉现象其中 1 13 为洞口的高度 % 8 为钢板剪力墙钢板厚度为钢板剪力墙的跨度在洞边设置边框钢柱参加整体计算通过调整施工安装工艺可以考虑其在施工过程中承受或不承受竖向重力荷载当钢板剪力墙设置洞口后洞口边框柱分为两种基本类型如图所示类型为洞口边框柱与原边框柱距离较远即当洞口边框柱与原边框柱距离 '$ % 时其中槡 $ 在洞口边框柱与原边框柱之间内嵌钢板剪力墙此时洞口边框柱采用延迟安装工艺不改变筒体角部钢管混凝土柱传递重力荷载的基本机制类型为洞口边框柱与原边框柱距离较近即当洞口边框柱与原边框柱距离 '$ % 时洞口边框柱与原边框柱之间的钢板后装比较困难此时可将洞口边框柱视为边框柱的一部分与边框柱同时安装此时边框柱的宽厚比应满足建筑抗震设计规范 7 对框架柱板件宽厚比的要求 ' 洞口连梁带大矩形洞口的钢板剪力墙洞口连梁受力形态与钢筋混凝土结构中的连梁具有一定的相似性受力非常集中变形量大是结构抗震的第道防线对于保证结构延性提高耗能性能具有重大作用洞口连梁的设计方法和构造要求与偏心支撑钢框架的耗能梁段比较接近通过计算分析可知对于钢板剪力墙洞口连梁轴力一般较小由于洞口连梁与同跨钢板剪力墙的边框梁为同一个构件但其构造要求存在很大差异为了使洞孔连梁刚度不致过大在设计时可以考虑将其截面人为减窄避免洞口边框柱截面尺寸过大进行洞口连梁承载力计算时洞口连梁宜为剪切屈服型避免与边框柱直接相连

8 建筑钢结构进展第卷图 + 洞口边框柱的分类!"#+*%!&!!&2!%% 洞口连梁翼缘的自由外伸长度 7 与其厚度 % $ 之比应符合 7 % $ 槡 $ 为了避免与其它钢板剪力墙边框梁宽度的协调性可将洞口部位翼缘局部减窄洞口连梁腹板计算高度 1 与其厚度 % 8 之比应符合下式要求当 $# 时 1 - "# % 8 $ 槡 $ 式中为梁的截面面积为梁的轴向力 $ 为梁的钢材强度设计值当 $# 时 1 #" % 8 $ 槡 $ 洞口连梁应在边框柱的位置设置加劲肋加劲肋总宽度为 7 $ % 8 其厚度不小于 #% 8 或..7 $ 为翼缘宽度当 # 9 时尚应在距两端 #7 $ 的位置设置加劲肋且中间加劲肋间距不大于 % 8 1 当洞口连梁净跨 # 9 中间加劲肋间距不大于 % 8 1 当洞口连梁净跨 # 9 # 9 时中间加劲肋间距应在上述两者之间插值根据现行国家标准钢结构设计规范 7 的要求在构件出现塑性铰的截面处必须设置侧向支撑在洞口连梁两端上下翼缘处应设置水平侧向支撑其轴力设计值应至少为 %$7 $ % $ 其中 7 $ % $ 分别为翼缘的宽度与厚度与洞口连梁同跨的边框梁上下翼缘也应设置水平侧向支撑其轴力设计值应至少为 %$7 $ % $ 其间距不大于 7 $ 槡 $ ( 相关成果在实际工程中的应用天津国际金融会议酒店位于天津滨海新区于家堡金融区起步区一期 + 地块南北长为. 东西长为 -. 地下层地上层建筑高度为. 总建筑面积约为 -% 万. 集会展大型会议五星级酒店与奢华公寓为一体是天津滨海新区的标志性建筑该建筑平面呈形造型独特由位于层的整体大跨度楼盖及顶部大跨度屋盖将南北两个塔楼连结为一个整体酒店和公寓的客房均布置在塔楼外侧汇报厅宴会厅和博物馆均设置在塔楼中部采用由钢板剪力墙筒体桁架形成的巨型框架与钢管混凝土柱 9 形钢梁框架形成的双重抗侧力体系该项目存在诸多技术难题其中带大矩形洞口钢板剪力墙系在我国首次应用天津金融会议酒店主体结构由个结构筒体大跨度桁架梁与周边的钢管混凝土柱 9 形钢梁框架构成结构筒体内部主要作为楼电梯使用空间是竖向承重与抗侧力的主要构件筒体若采用钢支撑形成框架 + 支撑筒体设置门洞很不方便故此在设计时采用了带大矩形洞口钢板剪力墙由方钢管混凝土柱 9 形钢梁作为结构边框然后在其中镶嵌钢板钢管混凝土柱主要承担竖向力充分发挥其组合构件承载力高性能优越的特点内嵌钢板剪力墙仅用于承担水平剪力在钢板表面设置槽形加劲肋避免过早发生局部屈曲在大矩形洞口的周边设置了洞口边框柱与洞口连梁天津国际金融会议酒店钢板剪力墙施工情况如图所示图, 天津国际金融会议酒店施工现场!"#,*!!&)!:!7!%! *&3% 结论本文通过试验研究和数值分析对带大矩形洞口和不开洞钢板剪力墙的受力性能进行了较为深入的研究旨在探明带大矩形洞口钢板剪力墙的性能与洞边构件的设计方法通过试验研究和数值分析得到以下主要结论完成了两个缩尺钢板剪力墙结构的低周往复加载试验和有限元分析其中 6+ 为层带大矩形洞口钢板剪力墙 6+ 为层不开洞钢板剪力墙钢板剪力墙采用槽形钢进行加劲周边框架柱为钢管混凝土柱周边框架梁为钢梁试验表明带大矩形洞口钢板剪力墙结构总体表现出较高的承载能力和良好的延性实现了钢板剪力墙结构高耗能的设计理念开洞后

9 第期带大矩形洞口钢板剪力墙力学性能研究与设计方法初探的钢板剪力墙延性比不开洞钢板剪力墙好由于楼层钢梁的平面外约束较弱且模型具有一定的初始缺陷加载过程中钢板剪力墙墙板和边框梁发生屈曲但结构仍保持较高的承载能力其中试件 6 和 6+ 的钢板剪力墙和边框梁洞口处发生了整体面外变形根据试验结果和数值分析的结果本文提出了改进模型增加带大矩形洞口的洞边柱和洞边梁的刚度并将钢板剪力墙的墙板材质由 < 改进为 < 数值分析结果表明这些措施可以保证带大矩形洞口钢板剪力墙强边框弱墙板墙板耗能本文基于试验研究和数值分析提出了带大矩形洞口的钢板剪力墙洞边梁和洞边柱的设计方法为带大矩形洞口钢板剪力墙的设计提供参考参考文献范重刘学林黄彦军 % 超高层建筑剪力墙设计与研究的最新进展 >% 建筑结构 + A/?2!@!9!//5!/%2!8"/ "8."/"/#22/0/22+ 4!">%!"!#!+ )2 孙飞飞张葳李立树 % 框架 + 防屈曲开缝钢板墙体系设计方法的比较研究 >% 建筑钢结构进展 +!A?2/ 62!%).8///#2 ".2"/.+4!#=/"8/ 0/1.>%!"!#! +)2 )&)./!#! %)//"/)//"//"/"#/ ).#!#!/!" % )2#/.#/! )!# 李戈 % 开洞钢板剪力墙的试验与理论研究 % 西安西安建筑科技大学 7%*:8.//"2#/!"128/ 2/0/028!"#1##/"%@/@ / 1 #2#! C #21 )2 )2(/=9 7%8/2/0/02/! 8/">%>!/!#!/*- +- 清华大学土木工程系 % 天津国际金融会议酒店钢板剪力墙试验报告 (% 8/. ) *2!/ 1% *:8./8 8/ 2/ 0/ /5 // A/#/ )# 9(% )2 >7>- 建筑抗震试验方法规程 % 北京中国建筑工业出版社 >7>- 8##/,2" */2!/= (/!" % 5 )2/ #2#!C!")2 - <!./!/%-$% C,% /0!#=9443/ C #%- A*,+ *" &*9( (#.."".# (!/ &0!"/" '2!#!% 7 钢结构设计规范 % 北京中国计划出版社 7 )"!#!% 5)2//)2 范重刘学林黄彦军等 % 带竖向加劲肋钢板剪力墙设计研究钢结构研究和应用的新进展,% 北京中国建筑工业出版社 A/?2!@!9!//5!/%(/#22 " 8/ 2/ 0/ 02 #/% "/# (/#2/" /##!#!,%5)2/#2#! C!" )2 7 建筑抗震设计规范 % 北京中国建筑工业出版社 7 )".#!"% 5)2/ #2#! C!" )2

幻灯片 1

幻灯片 1 金茂大厦建成于 1999 年共 88 层屋顶高度 420.5 M 国内首栋超过 400m 超高层建筑 Built in 1999 88 Storeys 420.5 M high The first super high-rise building over 400m in China 巨型柱 Mega-column 带状桁架 Belt-truss 伸臂桁架 Outrigger truss 混凝土墙