新型钢板剪力墙结构设计

新型钢板剪力墙结构设计
摘要:钢板剪力墙是指在钢质结构框架的基础之上,为了提高框架的刚度以及抗震能力在一部分框架的梁柱之间内填钢板。

钢板剪力墙结构的主要特点是塑性好、刚度大、抗震性能强等。

钢板剪力墙是一种新型的结构形式,根据一些研究学者试验的结果表明,这种结构形式的抗震性能良好,钢板剪力墙的自重轻,施工进度快,在高地震烈度区域以及重要性建筑结构中都表现了良好的技术经济性。

本文就针对新型钢板剪力墙的结构设计问题做简要的说明。

关键词:钢板剪力墙抗震性能结构设计
钢板剪力墙框架结构属于一种新型的抗震墙,它是在钢筋混凝土的框架之内焊接钢板形成的。

经过初步研究表明,和混凝土剪力墙相比较,钢板剪力墙的特点是延性好、自重轻、节省钢材、而且施工速度快,所以钢板剪力墙具有良好的发展前景。

我国本来就是地震比较多发的国家,尤其是2008年5月12日的汶川大地震,给我国带来了非常大的灾难。

8级的强烈地震使灾区的大部分房屋都倒塌了,很多群众被压在了废墟之中,给人民生命财产安全造成了巨大的损失。

近年来,美国和日本等国开始研究钢板剪力墙结构,研究学者普遍认为这是一种抗震性能比较好的建筑结构。

各个国家的学者的研究得到了共同的结论:这种钢板剪力墙结构弹性初始刚度比较高、滞回性能相对稳定、位移延性系数大。

在我国的新疆地区,建筑的抗震等级要求为8级,使用新型钢板剪力墙结构可以保证其抗震系数。

1 新型钢板剪力墙的分类
无加劲钢板剪力墙实质是加劲钢板剪力墙在加劲刚度比是零时候的一种特殊情况。

在单向受剪力的情况下,无加劲钢板剪力墙的厚壁钢板非线性特征表现为材料的屈服;薄壁钢板剪力墙则表现为钢板的先行弯曲,之后对角线方向的拉力带形成以及材料屈服,具有几何与材料两个方面的双重非线性。

无加劲钢板剪力墙在水平方向力的作用下,弹性屈曲强度特别低。

2 新型钢板剪力墙的优点
2.1 新型钢板剪力墙的自身重量轻
和钢筋混凝土剪力墙比较,钢板剪力墙最主要的优点就是其自身的重量轻,这就在很大程度上减少了由于自身重力带来的应力。

而且还减少了在发生地震时候的不利作用,例如:可以减小建筑结构底部的倾覆力矩;还可以减小重力的荷载等。

2.2 施工进度快
前面我们也提到过,新型钢板剪力墙就是在钢筋混凝土框架之内内填钢板的结构,所以其施工比较简单,使用钢板剪力墙能够加快工程施工的速度,很多结构构件可以组装完成。

另外,钢板剪力墙在施工中和普通的钢筋混凝土剪力墙相比,支撑结构也很简单,方便装配化、构
件化,工作效率高。

2.3 抗震性能好
经过大量的理论分析以及实验结果表明,新型钢板剪力墙是一种非常经济并且有效的抗侧力结构,它的突出优点就是增加了建筑结构的延性,有比较稳定的滞回性能以及优良的塑性性能。

在1995年神户发生的大地震中,一幢35层的建筑物采用了钢板剪力墙结构,这幢建筑物在地震中经受住了考验,在强地震中没有出现明显的结构破坏,而与其相邻的一幢8层高的建筑物没有采用钢板剪力墙却坍塌了。

这说明钢板剪力墙结构的抗震性能非常好。

3 新型钢板剪力墙结构的抗震性能分析
钢板剪力墙是由框架梁和柱以及内填钢板组成的抗侧力结构,水平剪切荷载主要由墙板承担,竖直方向的荷载由周边的框架柱承担。

建筑结构的抗震性能主要是通过耗能能力、滞回曲线、延性和骨架曲线来分析,钢板剪力墙内填板的高厚比直接影响其抗震性能。

3.1 高厚比对结构滞回的影响
如图2,随着结构高厚比的增加,钢板剪力墙的承载力逐渐降低,滞回曲线捏拢现象明显,当高厚比为300时,出现零刚度,对于高厚比是
100的厚钢板剪力墙,滞回曲线相对饱满而且没有捏拢,但是如果超过最大荷载,结构的下一个循环的承载力就会大大降低,高厚比为300、400、500、600时,滞回曲线基本一样。

所以,高厚比为300是钢板剪力墙结构趋向稳定的临界值。

3.2 高厚比对耗能的影响
随着每一级循环位移荷载量的增加,建筑结构在每一次循环的耗能量也依次增加,这说明结构从耗能量比较小的近似弹性阶段向以耗能为主的塑性阶段在逐步的过渡。

随着高厚比的逐渐增加,钢板剪力墙结构在同一位移荷载循环时候的耗能量就会减少,高厚比在100时钢板剪力墙结构的耗能量比其他高厚比时的耗能量高出很多,大概是高厚比为200时的两倍。

当高厚比大于300时,相同位移下荷载循环时钢板剪力墙结构的耗能量基本一样,趋于稳定。

3.3 高厚比对强度、刚度以及延性的影响
(1)刚度。

由图3可知,钢板剪力墙结构的正负方向刚度始终在变化,随着循环次数和位移的增加而降低。

高厚比在100的时候,结构的刚度退化速度和其他比例时相比高很多,对于高厚比大于300的结构,刚度退化的速度相对缓慢,并且退化的曲线也基本一致。

(2)延性和强度。

钢板剪力墙结构的承载能力随着高厚比的增加逐渐减小,但是当高厚比达到300的时候,结构的承载能力下降的幅度就小很多。

剪力墙结构在屈服之前,结构骨架曲线接近直线,在屈服之后,结构就会表现出比较明显的非线性特征,而且还有比较长的位移滑移段,呈现出的抗震变形能力良好。

4 新型钢板剪力墙存在的问题及发展前景
世界上各个国家的研究人员经过多年的研究已经对钢板剪力墙结构有了一定的认识,但是在实际施工中,仍然存在很多问题。

针对一些重要的工程结构,因为受到条件和时间等因素的影响,所有的结构都进行试验是不现实的,所以需要一种有效的分析模拟方法。

对于无加劲钢板剪力墙,它的填板厚度比较小,其后曲特征捕捉问题以及平面外大变形问题都没有一种有效的解决措施。

钢板剪力墙目前已经在很多工程中使用,但是其整体的抗震性能一直没有得到系统的研究。

所以对于新型钢板剪力墙结构的研究是任重而道远。

5 结语
随着经济的发展,人民生活水平的提高,人们对建筑质量的要求也越来越高,尤其是对建筑的抗震性能方面更是提出了新的标准。

经过
世界上各个国家的学者的研究,普遍认为新型钢板剪力墙为首选。

新型钢板剪力墙是在钢筋混凝土框架内部内填钢板形成的,质量轻、施工方便快捷,最主要的,其抗震性能非常高,本文针对钢板剪力墙的抗震性能加以分析,并提出了其最佳的高厚比。

对于目前钢板剪力墙存在的问题也作了简单的介绍,至于解决这些问题的有效措施还有待于进一步研究,希望相关研究人员能够尽快设计出合理的方案,使钢板剪力墙能够广泛应用于建筑中,发挥其抗震性能。

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