轻钢-混凝土高层混合结构弹塑性分析

摘要

目前，国内外对于轻钢结构体系已有大量的研究，但是轻钢结构在国内的应用却较为有限，其中重要原因在于轻钢结构通常只应用于低层结构。针对轻钢结构在国内发展的现状，本课题组提出了轻钢-混凝土高层混合结构，该结构体系是将轻钢结构与高层混凝土结构相结合而形成的一种新型结构形式。本文针对轻钢-混凝土高层混合结构的周期折减系数、混合结构在多遇、罕遇地震作用下的性能状态以及混合结构的经济性等问题展开研究，主要研究内容和结论如下：
　　①对轻钢-混凝土高层混合结构周期折减系数进行理论推导，得到了轻钢结构对混凝土主结构的周期折减系数计算公式。针对不同房屋高度，不同轻钢墙体与混凝土主结构的侧向刚度比的模型，对比了公式计算值和有限元计算结果的区别，结果表明公式计算值与软件模拟值相一致，证明采用公式法计算周期折减系数是可行的。
　　②对混合结构模型和混凝土主结构模型在6度区、7度区进行了多遇地震及罕遇地震时程分析和对比，结果表明：轻钢结构对混凝土主结构的层间位移角具有减小的作用，特别是结构的上部楼层，层间位移角减小的大小与轻钢结构次结构和混凝土主结构的楼层刚度比相关；在水平地震作用时，轻钢墙体承担了部分剪力，石膏板组成的轻钢墙体承担的楼层剪力比例大约在6％-10%，OSB板组成的轻钢墙体承担的楼层剪力比例大约为15%-20%。轻钢墙体在罕遇地震时承担的楼层剪力比例略大于多遇地震时承担的楼层剪力比例。
　　③6度区罕遇地震作用时混凝土主结构与混合结构模型进入非线性程度不高，结构只是发生轻微破坏。7度区（0.15g）罕遇地震作用时，混凝土主结构与混合结构均进入了很高的弹塑性状态，但是轻钢次结构对混凝土主结构起到了“保护”作用，以OSB板组成的轻钢墙体可以实现混凝土主结构由“大震不倒”变为“可修”的性能状态。罕遇地震时程分析结果表明，轻钢墙体只有当混凝土主结构发生较大变形时才会进入非线性状态。
　　④轻钢-混凝土混合结构相比于传统混凝土结构，混凝土和钢材的用量更少，特别是在高烈度地区，这种优势更加明显。

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目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 轻钢-混凝土高层混合结构介绍

1.3 轻钢结构研究状况

1.4 轻钢-混凝土高层混合结构研究现状

1.5 本文研究背景和内容

2 结构分析模型的建立

2.1 模型介绍

2.2 梁和柱的模型化

2.3 墙体模型

2.4 截面纤维的划分与组装

2.5 Perform-3D弹塑性分析材料本构

2.6 模型质量信息

2.7 模型阻尼信息

2.8 结构模态分析与验证

3 高层混合结构周期折减系数的确定

3.1 引言

3.2 结构基本周期计算方法

3.3 周期折减公式的推导

3.4 周期折减系数分析与验证

3.5 本章小结

4 六度区地震作用分析

4.1 前言

4.2 地震波的选取

4.3 六度区（0.05g）多遇地震分析

4.4 六度区(0.05g)罕遇地震分析

4.5 本章小结

5 七度区（0.15g）地震作用分析

5.1 前言

5.2 七度区(0.15g)多遇地震分析

5.3 七度区(0.15g)罕遇地震作用分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 混合结构经济性研究

6.2 结论

6.2 对后续研究的展望

致谢

参考文献

附录

附录A 模型构件截面统计

附录B 轻钢楼层荷载计算

附录C 混合结构抗侧刚度计算