框支剪力墙结构的简化计算和落地剪力墙合理刚度研究

摘要

框支剪力墙结构起源于20世纪30年代。它是一种“上刚下柔”、竖向刚度突变的复杂高层建筑结构。多次震害分析表明，框支剪力墙结构属于抗震性能较差的高层建筑结构。但由于具有其它结构不可替代的使用功能，使其在世界各地特别是我国获得了非常广泛的应用。随着研究深入，有关框支剪力墙结构的受力特性和改进抗震性能措施先后被提出。然而仍有一些问题没有得到很好的解决。因此，对其展开深入研究是非常有实际意义的。论文完成的主要工作如下： (1) 采用依次放松约束节点的子结构法，根据转换层附近竖向构件传力机制的不同，提出了框支剪力墙结构和带转换层筒体结构在静力水平荷载作用下简化计算模型，并对转换层设置高度、标准剪力墙类型、落地剪力墙刚度等因素对结构内力和侧移的影响进行了分析。 (2) 将框支剪力墙结构等效为悬臂杆，以悬臂杆刚度来反映框支剪力墙结构竖向刚度突变，运用结构力学中的柔度矩阵法，建立了自振特性简化计算模型，它具有计算量小适用范围广等优点，同时还可灵活的结合工程实际，提供不同精度的运算。 (3) 将框支剪力墙结构以转换层为界，划分为转换层上部剪力墙子结构和转换层下部框-剪子结构，借鉴框．剪结构楼层扭转新刚度模型，进行了框支剪力墙结构扭转近似计算。该方法运算简单、精度较高。 (4) 借鉴转换层上、下等效侧向刚度比的概念，推导出了转换层上、下等效扭转刚度比和等效层间侧移角比的计算公式与取值范围。这两个参数能更有效的控制结构扭转角、层间位移角、剪力突变以及转换层附近剪力墙的应力集中。 (5) 通过控制最大层间相对位移与层高之比、竖向构件轴压比等因素，推导了落地剪力墙合理刚度计算公式；根据转换层上、下等效侧向刚度比和等效层间侧移角比的取值范围，得到了落地剪力墙合理刚度取值范围。 (6) 提出了落地剪力墙刚度合理性综合评判模型，较为全面合理地分析了多种因素对落地剪力墙刚度合理性的影响。通过该模型对已有落地剪力墙进行评定，衡量其合理性，进而反馈给设计者相应的调整信息，可避免诸如扭转、剪重比等因素无法直接凭计算来考虑的缺点。 (7) 将框支剪力墙结构以转换层为界，划分为转换层上部剪力墙子结构(含转换层)和转换层下部框-剪子结构；视楼板(包括转换层楼板)为水平放置的深梁，然后采用超单元法，充分考虑剪力墙类型与布置、转换层类型的影响，对每个子结构建立考虑楼板刚度的单元刚度矩阵；最后推导了考虑阻尼影响依次放松约束节点的动力子结构法计算公式，完成了结构动力分析。 (8) 通过对试验数据及抗扭刚度计算公式的参数分析，探讨了轴压比、偏心距、纵横钢筋配筋强度比、剪扭比及弯扭比等诸多因素对构件抗扭刚度退化的影响。并在已有试验的基础上，给出了便于查用的构件抗扭刚度-扭转角退化曲线，它可为考虑扭转的高层建筑结构弹塑性简化分析提供条件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1高层建筑

1.1.1高层建筑的定义

1.1.2高层建筑发展趋势

1.1.3带转换层的高层建筑结构

1.2框支剪力墙结构

1.2.1框支剪力墙结构的发展

1.2.2框支剪力墙结构的研究现状

1.2.3尚待解决的一些问题

1.3本文研究内容

第2章带转换层结构静力简化计算研究

2.1前言

2.2普通框支剪力墙结构静力简化计算

2.2.1依次放松约束节点的子结构法

2.2.2静力简化计算

2.3自振特性和等效地震作用简化计算

2.3.1自振特性简化计算

2.3.2等效地震作用简化计算

2.4带转换层筒体结构静力简化计算

2.4.1等效计算

2.4.2等效平面变刚度框-剪结构简化计算

2.5本章小节

第3章框支剪力墙结构的扭转计算

3.1前言

3.2钢筋混凝土压弯剪扭构件抗扭刚度

3.2.1抗扭刚度总体退化规律

3.2.2构件抗扭刚度退化的影响因素

3.3框支剪力墙结构扭转近似计算

3.3.1楼层扭转参数计算公式

3.3.2楼层扭转角及侧移计算

3.3.3算例

3.4转换层上、下等效扭转刚度比计算

3.4.1转换层上、下等效侧向刚度比

3.4.2转换层上、下等效扭转刚度比

3.5本章小节

第4章落地剪力墙合理刚度研究

4.1前言

4.2底层大空间框支剪力墙结构

4.2.1落地剪力墙合理刚度推导

4.2.2计算步骤

4.2.3算例

4.3底部多层大空间框支剪力墙结构

4.3.1落地剪力墙合理刚度推导

4.3.2算例

4.4基于结构特征比的合理刚度计算

4.4.1转换层上、下等效侧向刚度比

4.4.2转换层上、下等效层间位移角比

4.4.3落地剪力墙刚度合理性综合评判

4.5本章小节

第5章框支剪力墙地震作用效应简化分析

5.1前言

5.2简化计算模型的建立

5.2.1计算方法与假定

5.2.2竖向子结构单元刚度矩阵的建立

5.2.3水平结构单元刚度矩阵的建立

5.2.4子结构整体刚度矩阵的建立

5.3动力计算

5.3.1质量矩阵

5.3.2阻尼矩阵

5.3.3动力分析

5.4算例

5.4.1计算信息

5.4.2动力计算

5.5本章小结

结论

参考文献

附录

致谢