高烈度区型钢混凝土框架_核心混凝土筒体混合结构竖向构件受力及截面设计
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－ 11 442 （ － 3 725）
注 ：轴 力 为 正 值 表 示 受 压 ，负 值 表 示 受 拉 。 括 号 内 的 数 值 为 后 一 阶段内力与前一阶段轴力的差值。
图 1 核心筒墙肢 N － M 曲线及内力轨迹 Fig. 1 N － M curve and inner force trajectory of core wall
工业建筑 2010 年第 40 卷第 5 期 13
对于核心筒墙体还是框架柱均有在抗震概念设计上 “强剪弱弯”的要求，即防 止 构 件 弯 曲 屈 服 前 出 现 剪 切 破 坏 ，因 此 ，对 于 构 件 截 面 受 力 状 态 的 控 制 主 要 针 对 构 件 的 正 截 面 破 坏 状 态 ，需 要 对 构 件 的 弯 矩 、轴 力 以及它们在大震作用时变化情况进行把握。表 1 给 出了 各 构 件 截 面 弯 矩 和 轴 力 的 主 要 来 源，其 中 以 O 表示楼层倾覆力矩，V 表 示 楼 层 剪 力，G 表 示 重 力 荷 载代表值；下标 W 和 F 则分别表示核心筒剪力墙和 框架，如 OW 及 表 示 构 件 内 力 由 某 层 核 心 筒 墙 体 承 担 的 倾 覆 力 矩 形 成 ，其 他 类 似 。
关键词： 混合结构； 轴压比； 静力非线性分析
MECHANICAL BEHAVIOR AND SECTION DESIGN OF VERTICAL MEMBERS FOR SRC FRAME-RC CORE WALL HYBRID STRUCTURE IN HIGH SEISMIC INTENSITY REGION
图 1 为核心筒墙肢 N － M 曲线和平行加载方向
14
墙肢从小震到大震的内力变化轨迹。从图中也可以 看到，由于墙 肢 初 始 轴 压 力 水 平 较 低 （ 重 力 荷 载 代 表值对应的轴压比 n = 0. 24） ，在经历地震作用增加 的过程中，构件的实 际 受 力 状 态 从 大 偏 压 到 大 偏 拉 过渡。如果初始轴 力 较 大，则 结 构 将 始 终 处 于 大 偏 心受压状态。
表 1 构件弯矩和轴力主要来源 Table 1 Main source of member moment and axial force
构件 平行加载方向的墙肢 垂直加载方向的墙肢
SRC 柱
弯矩
O W 、VW — VF
轴力
O W 、G W O W 、G W O F 、G F
核心筒承担的最大剪力和最大倾覆力矩均发生 在结构底层［3 － 4］，需 要 对 核 心 筒 底 部 墙 体 的 受 力 进 行分析。但是核心筒剪力和倾覆力矩是以不同特征 分 布 在 垂 直 和 平 行 加 载 方 向 的 核 心 筒 墙 体 上 ，因 此 ， 它们对两种墙肢截面内力的影响也不相同。例如， 对于模型 W6F9S35 来说，小震时核心筒底部承担总 剪 力 3 411 kN，垂 直 加 载 方 向 的 墙 肢 承 担 剪 力 91 kN，仅 占 2. 7% 左 右； 核 心 筒 承 担 总 倾 覆 力 矩 244 811 kN·m，垂直加载方向的墙肢承担倾覆力矩 100 469 kN·m，占 41% ，两 者 差 别 很 大。 因 此，对 于垂直加载方向的 核 心 筒 墙 体 来 说，可 仅 考 虑 其 轴 向 拉 压 的 受 力 情 况 ，而 不 考 虑 其 弯 矩 ；而 平 行 加 载 方 向的墙肢则需考虑墙肢弯矩和轴力的共同作用（ 见 表 1） 。表 2 给出了模型 W6F9S35 底 层 两 种 墙 肢 分 别 在 重 力 荷 载 代 表 值 、小 震 、中 震 和 大 震 作 用 时 的 内 力状态。 1. 1 平行加载方向的墙肢内力
Chu Liusheng1 Zhang Junfeng1 Bai Guoliang2 Zhao Gengqi1 （1. School of Civil Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China； 2. School of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an 710055，China）
从表 2 中 可 以 看 出，垂 直 加 载 方 向 墙 肢 的 轴 力 变 化 非 常 明 显 ：在 重 力 荷 载 代 表 值 作 用 时 ，两 墙 肢 底 部 截 面 压 力 相 等 ；随 地 震 作 用 增 加 ，受 压 侧 墙 肢 的 轴 压 力 迅 速 增 大 ，而 受 拉 侧 墙 肢 轴 压 力 则 逐 渐 减 小 ，到 中 震 时 已 成 为 受 拉 状 态 ，此 后 拉 力 不 断 增 长 。
高烈度区型钢混凝土框架 － 核心混凝土筒体混合 结构竖向构件受力及截面设计*
楚留声1 张俊峰1 白国良2 赵更歧1
（1. 郑州大学土木工程学院，郑州 450001； 2. 西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055）
摘 要： 为探究框架 － 核心筒混合结构竖向构件受力的规律，通 过 选 取 结 构 刚 度 特 征 值 λ和 核 心 筒 高 宽 比 H / b 为参数，建立型钢混凝土框架 － 钢筋 混 凝 土 筒 体 混 合 结 构 非 线 性 参 数 化 模 型 。 采 用 静 力 非 线 性 分 析 方法，对高烈度区 SRC 框架 － RC 筒体混合结构竖向构 件 受 力 性 能 进 行 研 究，主 要 包 括 混 合 结 构 剪 力 墙 墙 肢 和 SRC 框架柱截面弯矩、剪力轴力等内力状态及其变 化 趋 势、破 坏 轨 迹 等，同 时 对 混 合 结 构 竖 向 构 件 设 计 以 及截面轴压比限值提出了建议。
1 核心筒底层墙体的受力状态及截面设计 GB 50011—2001《建 筑 抗 震 设 计 规 范 》［2］无 论
* 国家自然科学基金项目（50578129） ；教育部博士点专项基金项目 （20060703001） ；河南省教育厅自然科学基金项目（2010A560016） 。 第一作者：楚留声，男，1980 年出生，博士，讲师。 E － mail：chuliusheng@ tom. com 收稿日期：2009 － 07 － 20
由前述分析可 以 看 出，平 行 加 载 方 向 的 墙 肢 承 担了结构主要的水 平 剪 力 和 一 部 分 倾 覆 力 矩，而 这 两项作用对构件的 轴 力 水 平 影 响 都 不 大，因 此 在 大 震 作 用 下 ，墙 肢 底 部 截 面 的 弯 矩 增 加 较 多 ，对 构 件 破 坏其主要作用的内力也是弯矩。但对于垂直加载方 向 的 墙 肢 来 说 ，情 况 则 与 之 相 差 很 多 。 1. 2 垂直加载方向的墙肢内力
中震 17 866 23 841 2 944
大震 － 489 38 863 3 995
垂直加载方向的墙肢
受压侧
轴力 / kN
受拉侧
轴力 / kN
17 848
17 848
28 963 （11 115）
43 413 （14 450）
64 799 （21 386）
6 733 （ － 11 115）
－ 7 717 （ － 14 450）
源自文库
型钢混凝土框架 － 核心筒混合结构以其良好的 建 筑 功 能 和 经 济 性 能 ，在 我 国 得 到 了 迅 速 发 展 ，并 逐 渐成为高层、超高 层 主 流 结 构 形 式 之 一。 由 于 混 合 结构中外框架与核心筒之间在不同地震阶段发生内 力重分配，这对于结 构 构 件 的 内 力 发 展 以 及 破 坏 性 态的走势会产生 很 大 影 响。 同 时，由 于 混 合 结 构 通 常用于高宽比较大 的 建 筑 中，核 心 筒 与 外 框 架 承 受 地震作用下倾覆力矩的特点同一般高宽比较小的框 架 － 剪力墙结构存 在 很 大 差 别，也 使 其 竖 向 构 件 的 内力水平不同于通常的框架 － 剪力墙结构。由于混 合结构中竖向构件的内力发展及破坏次序直接关系 到混合结构的破坏 模 式 和 抗 震 性 能，需 要 对 竖 向 构 件在不同地震阶段的受力状态和截面设计进行系统 研究。
从表 2 中可以看出，对于平行加载方向的墙肢， 小震和中震时的轴力相比仅由重力荷载代表值产生 的轴力几乎没有增 长，而 水 平 剪 力 和 弯 矩 则 分 别 有 不同程度增加。由于中震时结构构件仍处于弹性， 相应的弯 矩 与 小 震 时 比 值 为 2. 29，同 前 面 楼 层 剪 力、弯矩和 位 移 的 变 化 比 例 一 致。 截 面 PMM 铰 进 入 塑 性 发 展 阶 段 后 ，截 面 弯 矩 仍 逐 渐 增 加 ，但 增 加 速 度较弹性阶段缓慢 （ 与 中震时 的 弯矩比值约为 1. 6 倍） ；同时，轴压力快 速 卸 载，到 大 震 时，截 面 已 进 入 受 拉 状 态 ，但 由 于 拉 力 较 小 ，对 截 面 应 力 状 态 起 主 要 作用的仍是弯矩。
本文选取 结 构 刚 度 特 征 值 λ和 核 心 筒 高 宽 比 H /b 为参数建立型钢混凝土框架 － 钢筋混凝土筒体
Industrial Construction Vol. 40，No. 5，2010
混合结构参数化模 型，在 进 行 大 量 弹 塑 性 分 析 基 础 上，对混合结构竖向 构 件 内 力 状 态 及 破 坏 形 式 进 行 研究，主要包括混合结构剪力墙墙肢 和 SRC 框 架 柱 截 面 弯 矩 、剪 力 轴 力 等 内 力 状 态 及 其 变 化 趋 势 、破 坏 轨迹等，同时对混合 结 构 竖 向 构 件 设 计 以 及 截 面 轴 压 比 限 值 提 出 建 议 。 文 中 平 面 布 置 、模 型 选 取 、基 本 假定、计算参数确定 以 及 模 型 描 述 符 号 的 意 义 详 见 文 献［1 ］。
Table 2
表 2 两种墙肢不同地震阶段内力 The inner force of two core walls in different
earthquake intensity
平行加载方向的墙肢
荷载
轴力 / 弯矩 / 剪力 / kN （ kN·m） kN
重力荷载
17 848
—
—
代表值
小震 17 856 10 366 1 280
Abstract ： In order to explore the forced behavior of vertical members for SRC frame-RC core wall hybrid structure， a parametric model is established for hybrid structures with various stiffness characteristic value λand core tube aspect ratio H / b selected as parameters. Mechanical behavior of vertical members for hybrid structure is stuided by using nonlinear static analysis method，including the internal force state，change trend and failure confine etc. of core wall and outer frame column. Based on the aforementioned research，some suggestions on vertical menber design and member axial compression ratio controlling index are proposed. Keywords ： hybrid structure； axial compression ratio； nonlinear static analysis
注 ：轴 力 为 正 值 表 示 受 压 ，负 值 表 示 受 拉 。 括 号 内 的 数 值 为 后 一 阶段内力与前一阶段轴力的差值。
图 1 核心筒墙肢 N － M 曲线及内力轨迹 Fig. 1 N － M curve and inner force trajectory of core wall
工业建筑 2010 年第 40 卷第 5 期 13
对于核心筒墙体还是框架柱均有在抗震概念设计上 “强剪弱弯”的要求，即防 止 构 件 弯 曲 屈 服 前 出 现 剪 切 破 坏 ，因 此 ，对 于 构 件 截 面 受 力 状 态 的 控 制 主 要 针 对 构 件 的 正 截 面 破 坏 状 态 ，需 要 对 构 件 的 弯 矩 、轴 力 以及它们在大震作用时变化情况进行把握。表 1 给 出了 各 构 件 截 面 弯 矩 和 轴 力 的 主 要 来 源，其 中 以 O 表示楼层倾覆力矩，V 表 示 楼 层 剪 力，G 表 示 重 力 荷 载代表值；下标 W 和 F 则分别表示核心筒剪力墙和 框架，如 OW 及 表 示 构 件 内 力 由 某 层 核 心 筒 墙 体 承 担 的 倾 覆 力 矩 形 成 ，其 他 类 似 。
关键词： 混合结构； 轴压比； 静力非线性分析
MECHANICAL BEHAVIOR AND SECTION DESIGN OF VERTICAL MEMBERS FOR SRC FRAME-RC CORE WALL HYBRID STRUCTURE IN HIGH SEISMIC INTENSITY REGION
图 1 为核心筒墙肢 N － M 曲线和平行加载方向
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墙肢从小震到大震的内力变化轨迹。从图中也可以 看到，由于墙 肢 初 始 轴 压 力 水 平 较 低 （ 重 力 荷 载 代 表值对应的轴压比 n = 0. 24） ，在经历地震作用增加 的过程中，构件的实 际 受 力 状 态 从 大 偏 压 到 大 偏 拉 过渡。如果初始轴 力 较 大，则 结 构 将 始 终 处 于 大 偏 心受压状态。
表 1 构件弯矩和轴力主要来源 Table 1 Main source of member moment and axial force
构件 平行加载方向的墙肢 垂直加载方向的墙肢
SRC 柱
弯矩
O W 、VW — VF
轴力
O W 、G W O W 、G W O F 、G F
核心筒承担的最大剪力和最大倾覆力矩均发生 在结构底层［3 － 4］，需 要 对 核 心 筒 底 部 墙 体 的 受 力 进 行分析。但是核心筒剪力和倾覆力矩是以不同特征 分 布 在 垂 直 和 平 行 加 载 方 向 的 核 心 筒 墙 体 上 ，因 此 ， 它们对两种墙肢截面内力的影响也不相同。例如， 对于模型 W6F9S35 来说，小震时核心筒底部承担总 剪 力 3 411 kN，垂 直 加 载 方 向 的 墙 肢 承 担 剪 力 91 kN，仅 占 2. 7% 左 右； 核 心 筒 承 担 总 倾 覆 力 矩 244 811 kN·m，垂直加载方向的墙肢承担倾覆力矩 100 469 kN·m，占 41% ，两 者 差 别 很 大。 因 此，对 于垂直加载方向的 核 心 筒 墙 体 来 说，可 仅 考 虑 其 轴 向 拉 压 的 受 力 情 况 ，而 不 考 虑 其 弯 矩 ；而 平 行 加 载 方 向的墙肢则需考虑墙肢弯矩和轴力的共同作用（ 见 表 1） 。表 2 给出了模型 W6F9S35 底 层 两 种 墙 肢 分 别 在 重 力 荷 载 代 表 值 、小 震 、中 震 和 大 震 作 用 时 的 内 力状态。 1. 1 平行加载方向的墙肢内力
Chu Liusheng1 Zhang Junfeng1 Bai Guoliang2 Zhao Gengqi1 （1. School of Civil Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China； 2. School of Civil Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’an 710055，China）
从表 2 中 可 以 看 出，垂 直 加 载 方 向 墙 肢 的 轴 力 变 化 非 常 明 显 ：在 重 力 荷 载 代 表 值 作 用 时 ，两 墙 肢 底 部 截 面 压 力 相 等 ；随 地 震 作 用 增 加 ，受 压 侧 墙 肢 的 轴 压 力 迅 速 增 大 ，而 受 拉 侧 墙 肢 轴 压 力 则 逐 渐 减 小 ，到 中 震 时 已 成 为 受 拉 状 态 ，此 后 拉 力 不 断 增 长 。
高烈度区型钢混凝土框架 － 核心混凝土筒体混合 结构竖向构件受力及截面设计*
楚留声1 张俊峰1 白国良2 赵更歧1
（1. 郑州大学土木工程学院，郑州 450001； 2. 西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055）
摘 要： 为探究框架 － 核心筒混合结构竖向构件受力的规律，通 过 选 取 结 构 刚 度 特 征 值 λ和 核 心 筒 高 宽 比 H / b 为参数，建立型钢混凝土框架 － 钢筋 混 凝 土 筒 体 混 合 结 构 非 线 性 参 数 化 模 型 。 采 用 静 力 非 线 性 分 析 方法，对高烈度区 SRC 框架 － RC 筒体混合结构竖向构 件 受 力 性 能 进 行 研 究，主 要 包 括 混 合 结 构 剪 力 墙 墙 肢 和 SRC 框架柱截面弯矩、剪力轴力等内力状态及其变 化 趋 势、破 坏 轨 迹 等，同 时 对 混 合 结 构 竖 向 构 件 设 计 以 及截面轴压比限值提出了建议。
1 核心筒底层墙体的受力状态及截面设计 GB 50011—2001《建 筑 抗 震 设 计 规 范 》［2］无 论
* 国家自然科学基金项目（50578129） ；教育部博士点专项基金项目 （20060703001） ；河南省教育厅自然科学基金项目（2010A560016） 。 第一作者：楚留声，男，1980 年出生，博士，讲师。 E － mail：chuliusheng@ tom. com 收稿日期：2009 － 07 － 20
由前述分析可 以 看 出，平 行 加 载 方 向 的 墙 肢 承 担了结构主要的水 平 剪 力 和 一 部 分 倾 覆 力 矩，而 这 两项作用对构件的 轴 力 水 平 影 响 都 不 大，因 此 在 大 震 作 用 下 ，墙 肢 底 部 截 面 的 弯 矩 增 加 较 多 ，对 构 件 破 坏其主要作用的内力也是弯矩。但对于垂直加载方 向 的 墙 肢 来 说 ，情 况 则 与 之 相 差 很 多 。 1. 2 垂直加载方向的墙肢内力
中震 17 866 23 841 2 944
大震 － 489 38 863 3 995
垂直加载方向的墙肢
受压侧
轴力 / kN
受拉侧
轴力 / kN
17 848
17 848
28 963 （11 115）
43 413 （14 450）
64 799 （21 386）
6 733 （ － 11 115）
－ 7 717 （ － 14 450）
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型钢混凝土框架 － 核心筒混合结构以其良好的 建 筑 功 能 和 经 济 性 能 ，在 我 国 得 到 了 迅 速 发 展 ，并 逐 渐成为高层、超高 层 主 流 结 构 形 式 之 一。 由 于 混 合 结构中外框架与核心筒之间在不同地震阶段发生内 力重分配，这对于结 构 构 件 的 内 力 发 展 以 及 破 坏 性 态的走势会产生 很 大 影 响。 同 时，由 于 混 合 结 构 通 常用于高宽比较大 的 建 筑 中，核 心 筒 与 外 框 架 承 受 地震作用下倾覆力矩的特点同一般高宽比较小的框 架 － 剪力墙结构存 在 很 大 差 别，也 使 其 竖 向 构 件 的 内力水平不同于通常的框架 － 剪力墙结构。由于混 合结构中竖向构件的内力发展及破坏次序直接关系 到混合结构的破坏 模 式 和 抗 震 性 能，需 要 对 竖 向 构 件在不同地震阶段的受力状态和截面设计进行系统 研究。
从表 2 中可以看出，对于平行加载方向的墙肢， 小震和中震时的轴力相比仅由重力荷载代表值产生 的轴力几乎没有增 长，而 水 平 剪 力 和 弯 矩 则 分 别 有 不同程度增加。由于中震时结构构件仍处于弹性， 相应的弯 矩 与 小 震 时 比 值 为 2. 29，同 前 面 楼 层 剪 力、弯矩和 位 移 的 变 化 比 例 一 致。 截 面 PMM 铰 进 入 塑 性 发 展 阶 段 后 ，截 面 弯 矩 仍 逐 渐 增 加 ，但 增 加 速 度较弹性阶段缓慢 （ 与 中震时 的 弯矩比值约为 1. 6 倍） ；同时，轴压力快 速 卸 载，到 大 震 时，截 面 已 进 入 受 拉 状 态 ，但 由 于 拉 力 较 小 ，对 截 面 应 力 状 态 起 主 要 作用的仍是弯矩。
本文选取 结 构 刚 度 特 征 值 λ和 核 心 筒 高 宽 比 H /b 为参数建立型钢混凝土框架 － 钢筋混凝土筒体
Industrial Construction Vol. 40，No. 5，2010
混合结构参数化模 型，在 进 行 大 量 弹 塑 性 分 析 基 础 上，对混合结构竖向 构 件 内 力 状 态 及 破 坏 形 式 进 行 研究，主要包括混合结构剪力墙墙肢 和 SRC 框 架 柱 截 面 弯 矩 、剪 力 轴 力 等 内 力 状 态 及 其 变 化 趋 势 、破 坏 轨迹等，同时对混合 结 构 竖 向 构 件 设 计 以 及 截 面 轴 压 比 限 值 提 出 建 议 。 文 中 平 面 布 置 、模 型 选 取 、基 本 假定、计算参数确定 以 及 模 型 描 述 符 号 的 意 义 详 见 文 献［1 ］。
Table 2
表 2 两种墙肢不同地震阶段内力 The inner force of two core walls in different
earthquake intensity
平行加载方向的墙肢
荷载
轴力 / 弯矩 / 剪力 / kN （ kN·m） kN
重力荷载
17 848
—
—
代表值
小震 17 856 10 366 1 280
Abstract ： In order to explore the forced behavior of vertical members for SRC frame-RC core wall hybrid structure， a parametric model is established for hybrid structures with various stiffness characteristic value λand core tube aspect ratio H / b selected as parameters. Mechanical behavior of vertical members for hybrid structure is stuided by using nonlinear static analysis method，including the internal force state，change trend and failure confine etc. of core wall and outer frame column. Based on the aforementioned research，some suggestions on vertical menber design and member axial compression ratio controlling index are proposed. Keywords ： hybrid structure； axial compression ratio； nonlinear static analysis