半刚性连接钢管混凝土高层框剪结构的受力研究

2011年10

月

2011年第5期

第37卷总第163期

半刚性连接钢管混凝土高层框剪结构的受力研究

卢振龙，李秋英

（河北工程大学土木工程学院，河北邯郸056038）

摘要：随着高层建筑的逐渐加高，结构的抗震性要求也越来越高。钢管混凝土框剪结构以其很好的抗震性能被广泛应用于高层框剪结构中。本文以有限元分析软件SAP2000建立半刚性钢管混凝土框剪结构的有限元模型，对比分析了梁柱为刚接、铰接、半刚性连接时对钢管混凝土框剪结构的周期、位移、内力的影响。结果表明：半刚性连接使结构的自振周期变大，随着振型的增大半刚性连接对自振周期的影响越来越小；半刚性连接使得框架的剪力有所减小。半刚性连接减少了钢管框架的层间抗推刚度，使得结构的水平位移加大。

关键词：半刚性；钢管混凝土；SAP2000；框剪结构

中图分类号：TU392.3文献标识码：A

文章编号：1672－4011（2011）05－0044－02

Stress Analysis of Concrete Filled Steel Stub

Tall Frame－Shear Wall Structure with

Semi－Rigid Connections

LU Zhenlong，LI Qiuying

（College of Civil Engineering，Hebei University of Engineering，

Handan056038，China）

Abstract：With the gradually increasing the height of high －rise building structures seismic requirements are also increas-ing．Concrete filled steel tubular frame－wall structure with its very good seismic performance has been widely used in high－rise frame－wall structure．In this paper，finite element analysis software sap2000establish semi－rigid steel concrete frame－wall structure of the finite element model，comparative analysis of the beam is rigid，articulated，semi－rigid connections for concrete filled steel tubular frame－wall structure of the cycle，displacement，force of impact．The results showed that：the structure of semi－rigid connections to the larger natural period，with the increase of modal semi－rigid connections on the natural period of smaller and smaller；semi－rigid connections makes the framework of the shear decreased．Semi－rigid steel frame connection to reduce the resistance to push the layer stiffness，making the structure of the horizontal displacement increased．Key words：semi－rigid connection；concrete filled steel stub；SAP2000；frame－shear structure

0前言

钢管混凝土框剪结构越来越多的应用于高层结构中。钢管混凝土框架柱和梁的连接既非完全的刚接也不是完全的铰接，而是介于刚接与铰接之间的半刚接。在框剪结构中当考虑框架与剪力墙之间或剪力墙与剪力墙之间连梁的转动约束时，框剪与剪力墙可以等效为刚性连接，反之则是铰接。定义λ为框剪－剪力墙的刚度特征值，λ是反映框架与

剪力墙刚度比值的一个参数，是影响框架－剪力墙结构受力和变形的主要参数。当考虑梁柱的半刚性连接是会使框架的整体刚度发生变化，导致刚度特征值λ也随之变化。因而在设计中考虑半刚性连接更加接近实际的情况，更能保证结构的可靠度和结构稳定性。半刚性连接减少了钢管框架的层间抗推刚度，使得结构的水平位移加大。这使得在一定荷载作用下半刚性连接的框剪与普通的框剪有着明显的不同受力。本文用SAP有限元软件模拟对比分析了刚接、铰接、半刚性连接对框剪结构的内力、位移、结构周期的影响。

在框剪结构中提供主要抗侧能力的框架梁柱钢管往往采用螺栓连接，梁柱焊接刚节点的转动刚度在6ˑ105kN·m/rad［1］，螺栓连接则是在（2 10）ˑ104kN·m/rad［1］约是刚性节点的1/6 1/30，说明其半刚性。本文中假设节点的弯矩转角服从线性关系M=Rθ，其中，M和θ分别为节点的弯矩和转角；R为节点在弹性阶段的转动刚度，梁柱节点取值范围在（2 10）ˑ104kN·m/rad之间。本文以某20层得框剪结构为例，采用SAP2000有限元程序，来对比梁柱在刚接，铰接，半刚接节点下结构周期、位移与内力。通过调整梁柱相对转动刚度来探讨梁柱半刚性连接程度对框剪结构的受力性能的影响。

1框剪算例

某20层的钢管混凝土框剪结构，层高3m，剪力墙厚度为200mm，框架梁的截面为300ˑ600mm，钢管混凝土柱截面为400ˑ400（mm），钢材为Q235，混凝土为C30，结构简图见图1。为探讨半刚性连接程度对框剪结构的受力性能的影响，可分别取三种不同的节点转动刚度分析，分别取2ˑ104kN·m/rad，6ˑ104kN·m/rad，10ˑ104kN·m/ rad。在SAP2000中可以通过释放节点部分约束来模拟半刚性节点。本例中添加了均布的地震荷载力作用来模拟结构的受力性能。其中考虑了结构的非线性的变化。结构受力性能研究的项目：①结构的自振周期；②剪力墙的结构位移；③剪力墙的弯矩

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图1计算模型

2计算结果

2.1半刚性连接对自振周期的影响

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