钢板剪力墙底层边界柱耐震设计、分析与试验

摘要

本研究探讨钢板剪力墙底层边界柱的耐震设计方法,首先介绍底层柱的容量设计方法,设计方法采用等效斜撑模型搭配简算公式,边界构件之设计需求以迭加法考虑钢板内拉与构架侧位移效应,并探讨不同底层边界柱塑性弯矩容量与其塑铰位置之关系.本研究设计目标为当钢板剪力墙系统承受最大考虑地震时,限制底层柱顶须保持弹性,检核其弯矩及剪力塑铰两种限制状态,但放宽柱底塑性铰至四分之一底层高.本研究已于2011年在国家地震工程研究中心完成三座实尺寸两层楼单跨钢板剪力墙试体的反复侧推试验,用以验证本研究建议之容量设计方法适用性,同时以有限元素模型分析试体反应.结果证实本研究建议之容量设计方法确实能控制底层柱之塑性行为,而底层柱顶产生些微或明显屈服的试体,其边界柱均有明显内拉变形以及侧向扭转变形,但底层柱顶保持弹性的试体,其迟滞循环较饱满且边界柱无侧向扭转变形,证实底层柱顶的塑性铰会导致软层机构或系统失稳.试体从弹性进入塑性后拉力场角度有明显改变,进行容量设计时建议设定底层钢板拉力场为40度而其余楼层为45度.