方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙的能与设计方法 建筑材料 王先铁,马尤苏夫
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作者王先铁,马尤苏夫
出版社科学出版社
ISBN9787030523228
出版时间2017-06
版次1
装帧平装
开本16
页数237页
字数312千字
定价95元
货号xhwx_1201540967
上书时间2024-06-21
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目录：
序
前言
章绪论
1.1剪力墙的分类
1.1.1钢板剪力墙
1.1.2组合剪力墙
1.2外研究现状
1.2.1非加劲钢板剪力墙的研究现状
1.2.2加劲钢板剪力墙的研究现状
1.2.3开洞钢板剪力墙的研究现状
1.2.4组合剪力墙的研究现状
1.3钢板剪力墙的应用与发展
1.3.1钢板剪力墙的应用
1.3.2钢板剪力墙的发展
1.4本书的主要内容
参文献
第2章方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙的抗震能试验研究
2.1试验设计
2.1.1试验目的
2.1.2试件设计与制作
2.1.3材料力学能
2.2试验方法
2.2.1试验装置及加载方案
2.2.2测量装置
2.3试验现象
2.3.1未开洞钢板剪力墙（试件sw-bs）
2.3.2中部开洞钢板剪力墙（试件sw-co）
2.3.3单侧开洞钢板剪力墙（试件sw-so）
2.3.4两侧开洞钢板剪力墙（试件sw-bso）
2.4试验结果分析
2.4.1滞回曲线
2.4.2骨架曲线
2.4.3延
2.4.4耗能能力
2.4.5刚度与承载力退化
2.4.6应力
2.4.7受力机理与破坏机制
2.5本章小结
参文献
第3章方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙的受力能分析
3.1有限元模型的建立与求解
3.1.1材料本构模型
3.1.2有限元模型的单元与网格
3.1.3边界条件与荷载
3.1.4初始几何缺陷
3.2有限元结果分析及与试验结果对比
3.2.1滞回曲线对比
3.2.2骨架曲线对比
3.3开洞钢板剪力墙的受力机理分析
3.3.1未开洞钢板剪力墙（sw-bs）的受力机理分析
3.3.2单侧开洞钢板剪力墙（sw-so）的受力机理分析
3.3.3中部开洞钢板剪力墙（sw-co）的受力机理分析
3.3.4两侧开洞钢板剪力墙（sw-bso）的受力机理分析
3.4开洞钢板剪力墙的参数分析
3.4.1分析模型
3.4.2宽厚比对钢板剪力墙滞回能的影响
3.4.3轴压比对钢板剪力墙滞回能的影响
3.4.4开洞率对钢板剪力墙滞回能的影响
3.4.5洞高度比对钢板剪力墙滞回能的影响
3.5改变洞形式的两侧开洞钢板剪力墙受力分析
3.5.1洞尺寸对钢板剪力墙能的影响
3.5.2洞形状对钢板剪力墙能的影响
3.5.3洞对边缘构件的影响
3.6本章小结
参文献
第4章方钢管混凝土框架内置钢板剪力墙边缘构件设计方法
4.1方钢管混凝土竖向边缘构件的刚度限值研究
4.1.1方钢管混凝土竖向边缘构件的刚度限值
4.1.2方钢管混凝土边缘构件刚度限值公式验证
4.1.3柔度系数对钢板剪力墙均应力的影响
4.1.4柔度系数对方钢管混凝土柱变形的影响
4.1.5柔度系数对钢板剪力墙结构破坏机制的影响
4.2方钢管混凝土竖向边缘构件加劲构造措施研究
4.2.1方钢管混凝土竖向边缘构件加劲截面选择
4.2.2t形钢加劲效果分析
4.2.3影响t形钢加劲效果的因素
4.2.4全贯通式加劲
4.3开洞钢板剪力墙水边缘构件受力分析
4.3.1未开洞钢板剪力墙水边缘构件剪力计算方法
4.3.2中梁剪力计算方法的修正
4.3.3单侧开洞钢板剪力墙中梁受力分析
4.3.4中部开洞钢板剪力墙中梁受力分析
4.3.5两侧开洞钢板剪力墙中梁受力分析
4.3.6开洞钢板剪力墙中梁剪力计算公式验证
4.4开洞钢板剪力墙洞加劲肋能研究
4.4.1加劲肋刚度对钢板剪力墙屈曲能的影响
4.4.2加劲肋刚度对钢板剪力墙抗剪能的影响
4.4.3加劲肋刚度对钢板剪力墙滞回能的影响
4.4.4洞加劲肋强度验算
4.5钢板剪力墙边缘构件的设计
4.5.1顶梁的计算方法
4.5.2底梁的计算方法
4.5.3竖向边缘构件的计算方法
4.5.4中梁的计算方法
4.5.5边缘构件的设计方法
4.5.6有限元验证
4.6本章小结
参文献
第5章方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙抗剪承载力计算
5.1已有钢板剪力墙受剪承载力计算方法
5.2方钢管混凝土框架内置钢板剪力墙的破坏模式
5.3方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙抗剪承载力计算
5.3.1方钢管混凝土框架内置单侧开洞钢板剪力墙的抗剪承载力计算
5.3.2方钢管混凝土框架内置中部开洞钢板剪力墙的抗剪承载力计算
5.3.3方钢管混凝土框架内置两侧开洞钢板剪力墙的抗剪承载力计算
5.4公式计算结果与有限元结果对比
5.4.1方钢管混凝土框架内置单侧开洞钢板剪力墙公式与有限元结果对比
5.4.2方钢管混凝土框架内置中部开洞钢板剪力墙公式与有限元结果对比
5.4.3方钢管混凝土框架内置两侧开洞钢板剪力墙公式与有限元结果对比
5.5方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙的构造要求
5.6本章小结
参文献
第6章钢板剪力墙典型工程应用
6.1钢板剪力墙的应用范围
6.2钢板剪力墙结构在国外的应用
6.2.1钢板剪力墙在本的应用
6.2.2钢板剪力墙在美国的应用
6.2.3钢板剪力墙在加拿大的应用
6.3钢板剪力墙结构在的应用
6.3.1天津环球金融中心
6.3.2天津国际金融会议酒店
6.3.3昆明世纪广场
6.3.4钢结构住宅项目
参文献
内容简介：
本书系统阐述了作者在方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙的理论、试验和设计方法方面的创新研究成果。主要内容包括：方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙的抗震能；方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙的滞回能、受力机理、方钢管混凝土框架与钢板剪力墙之间的相互作用；方钢管混凝土框架内置钢板剪力墙边缘构件的设计方法；方钢管混凝土框架内置开洞钢板剪力墙的抗剪承载力计算方法、构造与抗震设计建议。
精彩内容：
靠前章绪论1.1剪力墙的分类20世纪末期以来，随着经济水的不断提高，高层建筑在我国得到了迅猛发展。随着建筑高度的增加，水荷载和地震作用的影响也越来越显著。因此，高层建筑需要有较大的承载能力和侧向刚度，使水荷载产生的侧向变形控制在范围内[1]。剪力墙是一种被广泛采用的有效抗侧力构件，小震下具有很高的刚度，能结构的侧移量，满足正常使用，大震时又能够大量消耗地震能量。作为高层结构中的重要构件，剪力墙可视为结构的耗能减震装置。强度、刚度和延是抗震设计的重要参数。钢筋混凝土剪力墙结构虽然具有很高的刚度和水承载力，但其延较钢板剪力墙差。钢板剪力墙结构是20世纪70年代发展起来的一种新型抗侧力结构体系，其主要结构单元由内嵌钢板、竖向边缘构件和水边缘构件构成。钢板剪力墙具有优异的抗震能，如侧向承载力高、侧向刚度大、滞回环饱满、延和耗能能好[2，3]。实践表明，采用钢板剪力墙作为抗侧力构件的建筑，在历次地震中表现出优异的抗震能。1.1.1钢板剪力墙钢板剪力墙是以承受水剪力为主的钢板墙体，分类方式较多[4]。根据钢板剪力墙的高厚比，可将钢板剪力墙分为厚钢板剪力墙和薄钢板剪力墙。厚钢板剪力墙（高厚比λhlt;250）的剪切弹屈曲荷载较高，有较大的初始面内刚度，通过钢板剪力墙面内抗剪承担水力，边框和内嵌钢板共同承担整体倾覆力矩，大震下具有良好的延和稳定的承载力。厚钢板剪力墙以钢板屈曲为破坏标志，其虽具有较大的初始刚度和强度，但也可能会造成框架柱先于钢板剪力墙破坏，不符合理想的破坏顺序，因此不利于在高设烈度地区使用。此外，厚钢板剪力墙的用钢量大，成本高，使其发展也受到的。薄钢板剪力墙（高厚比λh≥250）在较小的水荷载作用下发生屈曲，其抗震能由边界条件和拉力带的发展控制，拉力带的发展使其具有很高的屈曲后强度和很好的延[5]。这样既能够充分发挥钢板剪力墙的屈曲后强度，又不至于使框架柱先于钢板剪力墙破坏，符合双重抗震设目标。充分利用屈曲后强度的薄钢板剪力墙以其良好的力学能和经济受到结构工程师的青睐，来成为钢板剪力墙研究的热点。按照钢板剪力墙表面是否加劲可将钢板剪力墙分为加劲钢板剪力墙和非加劲钢板剪力墙。钢板剪力墙表面加劲后，加劲肋将钢板表面划分为若干个小区格，降低了小区格内钢板的高厚比，从而使钢板剪力墙具有较高的剪切屈曲承载力，同时抑制薄钢板剪力墙过大的面外变形。加劲钢板剪力墙的加劲肋可采用水布置、竖向布置、水与竖向混合布置以及斜向交布置（图1.1）。在靠前，清华大学的陈国栋很早开始研究加劲钢板剪力墙，并取得了一系列的研究成果。在非加劲和十字加劲钢板剪力墙的研究基础上，根据钢板剪力墙的受力特，他又提出了一种新型的对角交斜加劲钢板剪力墙，研究结果表明斜加劲钢板剪力墙具有更优异的力学能。图1.1加劲钢板剪力墙的加劲肋布置形式为改善薄钢板剪力墙的屈曲形态，可在钢板表面开竖缝[6]。按照是否在钢板剪力墙表面开缝可将钢板剪力墙分为开缝钢板剪力墙（图1.2）和不开缝钢板剪力墙。当钢板剪力墙表面开缝后，整块钢板被分割成一系列板条，每个板条如同竖向杆件参与受力，在不需要强大加劲体系的前提下，使弯曲弹塑变形主要集中在板条的端部，从而实现延耗能。研究表明[710]：开缝钢板剪力墙的承载力和侧向刚度能够满足正常使用阶段要求；当钢板的整体面外屈曲、缝间板条和边缘加劲肋的弯扭屈曲不先于板条的端部弯曲屈服时，开缝钢板剪力墙具有很好的延和耗能能力。图1.2开缝钢板剪力墙按照钢板是否开洞可将钢板剪力墙分为开洞钢板剪力墙和未开洞钢板剪力墙。常见的开洞形式有单侧开洞（三边连接）、中部开洞和两侧开洞（两边连接）（图1.3）。由于薄钢板剪力墙在形成拉力带后会对框架柱产生较大的水力作用，为保证框架柱不过早破坏，两边连接钢板剪力墙仅与框架梁相连，放松了钢板剪力墙与框架柱之间的连接，有效地保证了框架柱不受其影响。三边连接钢板剪力墙放松了钢板与一侧框架柱的连接，其能介于四边连接钢板剪力墙与两边连接钢板剪力墙之间。两边连接钢板剪力墙失去了框架柱对钢板剪力墙的锚固作用，承载能力和耗能能力有程度的降低，但可以较为方便地调整剪力墙在框架中的位置和数量，易于调整刚度和承载力，也使框架柱不承担钢板剪力墙产生的附加水荷载。图1.3两边连接钢板剪力墙为止薄钢板剪力墙面外屈曲，可在钢板剪力墙两侧添加屈曲构件，形成屈曲钢板剪力墙[11]。屈曲构件可采用预制混凝土盖板或型钢。采用混凝土盖板时，在盖板上开设椭圆形孔，以便螺栓有足够的滑移空间；连接螺栓的位置及分布根据内嵌钢板的面内变形及混凝土盖板的约束刚度确定，保证内嵌钢板在混凝土盖板的面外约束作用下，二者不发生面外局部失稳及整体失稳。屈曲钢板剪力墙与边缘构件宜采用鱼尾板过渡，鱼尾板与边缘构件宜采用焊接连接，鱼尾板与钢板剪力墙可采用焊接或高强度螺栓连接，两种连接方式如图1.4所示。根据其设计要求，屈曲钢板剪力墙可以分为大震滑移的屈曲钢板剪力墙和接近滑移的屈曲钢板剪力墙两种。大震滑移的屈曲钢板剪力墙，需对高强螺栓施加的预拉力。在小震作用下既能保证内嵌钢板不发生局部屈曲，也能使混凝土盖板与内嵌钢板通过二者之间的接触摩擦共同承担侧向力；在大震作用下螺栓滑移，内嵌钢板和外侧混凝土盖板之间产生相对滑移，在保证内嵌钢板不发生面外屈曲的情况下，钢板充分发挥耗能作用。接近滑移的屈曲钢板剪力墙，螺栓不施加预应力。在小震和大震作用下，混凝土盖板与内嵌钢板之间接近滑移。混凝土盖板对钢板仅提供面外约束，不参与面内受力；内嵌钢板提供面内刚度，在大震作用下发挥耗能作用。图1.4屈曲钢板剪力墙与周边框架的连接示意图1钢梁；2预制混凝土盖板；3对拉螺栓；4内嵌钢板；5高强度螺栓；6鱼尾板；7焊缝1.1.2组合剪力墙组合剪力墙即钢板混凝土组合剪力墙，由钢板、混凝土板和两者之间的连接件组成。根据混凝土板与周边框架梁、框架柱的结合方式，组合钢板剪力墙可分为传统型和改进型两种形式（图1.5）[12，13]。二者的优选区别在于：改进型组合剪力墙的混凝土板与周边框架梁、框架柱预留适当的缝隙（根据结构在大震作用下的侧移大小确定）。在较小的水位移下，混凝土板并不直接承担水力，而仅仅作为钢板的侧向约束，止钢板剪力墙发生面外屈曲，此时它对结构面内刚度和承载力的贡献可忽略不计。随着水位移的不断增大，混凝土板先在角部与框架梁、框架柱接触，随后，接触面不断扩大，混凝土板开始与钢板协同工作。混凝土板的加入，可以补偿因部分钢板发生局部屈曲造成的刚度损失，从而减小pδ效应。研究表明，改进型组合剪力墙的混凝土板不会过早压碎，破坏程度轻于传统型组合剪力墙，有更好的塑变形能力。图1.5钢板混凝土组合剪力墙的形式1.2靠前外研究现状1.2.1非加劲钢板剪力墙的研究现状早期的研究主要集中在厚钢板剪力墙，以钢板剪力墙的面外弹屈曲作为设计极限，未充分发挥钢板剪力墙的承载能力。直到1983年，加拿大学者thorburn等[14]首先提出利用钢板剪力墙屈曲后强度的概念，建立了非加劲薄钢板剪力墙的拉杆条分析模型，提出了拉杆倾角计算公式，为薄钢板剪力墙的分析与设计提供了理论依据。随后，berman等[15]基于拉力带模型，利用塑分析方法分析了单层和多层薄钢板剪力墙的破坏机制，提出了偏于安全的极限承载力计算公式。abourighomi等[16]提出了分别虑钢板和框架单独作用，然后叠加得到钢板剪力墙体能的mpfi方法。kharrazi等[17]对该方法进行了修正。20世纪90年代初，robert等[18，19]和abourighomi等[20]对不同高宽比、宽厚比及开孔尺寸的22个小比例非加劲薄钢板剪力墙进行了纯剪切荷载下的滞回能研究。结果表明，所有试件都具有很好的延和稳定的形滞回环，初步提出了薄钢板剪力墙的非线动力分析滞回理论模型。caccee等[21]、elgaaly等[22，23]、driver等[24]针对非加劲薄钢板剪力墙进行了拟静力试验研究。rezai[25]对两个单跨四层1∶4的非加劲薄钢板剪力墙模型进行了拟动力试验并实现了先发售振动台试验，研究了钢板剪力墙的屈曲、屈服、焊缝开裂等对钢板剪力墙动力特的影响。qu等[26]对足尺单跨两层采用骨式梁柱连接节点、带组合楼板的薄钢板剪力墙进行了拟动力和拟静力试验研究。结果表明，钢板剪力墙试件具有稳定的承载力和优异的耗能能力，“骨式”节点能够使结构破坏时达到良好的破坏形态。靠前学者针对薄钢板剪力墙也开展了大量的研究工作。苏幼坡等[27]对4个钢筋混凝土框架内填薄钢板剪力墙试件进行了拟静力试验。研究表明，框架中的钢板剪力墙可显著提高结构的刚度和承载力，并具有较好的延和耗能能力。邵建华等[28，29]利用有限元方法研究了钢板剪力墙高厚比对钢板剪力墙水极限承载力的影响。研究发现，随着加载位移的增加，薄钢板剪力墙的耗能效率逐渐高于厚钢板剪力墙，薄钢板剪力墙的侧向刚度和水极限承载力小于厚钢板剪力墙，但具有比厚钢板剪力墙更好的延。王先铁等[30]基于钢框架钢板剪力墙的理想破坏机制，推导了钢板剪力墙边缘构件的计算公式，给出了钢板剪力墙、梁和柱之间的强度关系，并利用有限元软件abaqu对单跨五层钢框架钢板剪力墙模型进行了数值分析。结果表明，按提出的计算公式确定的边缘构件能够为钢板剪力墙提供足够的锚固强度，有效控制受压柱的塑铰位置，止柱中部形成塑铰，使钢框架钢板剪力墙实现理想的破坏机制。曹万林等[31]和郭兰慧团队[32，33]分别针对方钢管混凝土框架、圆钢管混凝土框架内置薄钢板剪力墙模型进行了试验研究。结果表明，钢板剪力墙结构具有良好的延和耗能能力，采用“强框架弱墙板”设计原则，可充分发挥该结构体系的双重抗震设目标。1.2.2加劲钢板剪力墙的研究现状1973年，本学者takahahi等[34]先发售进行了加劲钢板剪力墙在往复循环荷载作用下的抗震能试验研究，验证了加劲钢板剪力墙能优于非加劲钢板剪力墙能，并采用有限元方法对其在单向荷载作用下的面内力学能进行弹分析和验证。alinia等[35]采用有限元方法分析了加劲形式（单向或双向）、加劲肋刚度、间距等对加劲薄钢板剪力墙能的影响，以及单侧设置加劲肋的薄钢板剪力墙在单向荷载作用下的加劲肋设计。alavi等[36]对3个1∶2比例的单层钢板剪力墙试件进行了拟静力试验，其中一个试件为非加劲钢板剪力墙，另外两个试件为斜加劲钢板剪力墙，斜加劲钢板剪力墙中有一个试件在钢板剪力墙中间开了直径为钢板墙高度1/3的洞。结果表明，斜加劲形式很好适用于中间开洞钢板剪力墙，该形式不仅可以提高强度、刚度，而且施工简单方便。在靠前，陈国栋等[3739]采用有限元方法分析了各种参数对非加劲、十字加劲和全加劲两侧开缝薄钢板剪力墙抗剪能的影响，初步提出了薄钢板剪力墙承载力的简化设计公式。对6个1∶3比例的非加劲、十字加劲和斜加劲薄钢板剪力墙模型进行了低周反复荷载试验。结果表明，边柱不出现局部屈曲是薄钢板剪力墙发挥极限承载力的重要保证，斜加劲薄钢板剪力墙的承载力和滞回能很好。郝际团队[4043]分别对不同加劲形式、不同边框形式及多层非加劲薄钢板剪力墙进行了拟静力试验和理论研究，提出了薄钢板剪力墙的弹塑刚度计算方法和极限承载力计算公式，采用修正的三
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