2014年结构工程师专业知识重点:框架-剪力墙结构

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　　框架-剪力墙结构最佳耗能设计

　　框架―剪力墙结构是由多种具有不同受力特性构件(如框架梁、柱，框架与剪力墙之间的连梁，剪力墙墙肢，剪力墙连系梁等)组成的结构，如何通过合理设计，使其 的抗震性能更好，使之在地震作用下成为最佳耗能体系，即形成最佳破坏体系，满足“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震原则，从而达到可靠与经济的目的， 是一个很重要的问题，解决这个问题具有重要的理论和实际意义。

　　框架―剪力墙结构设计的几种方式(由于框架柱出现塑性铰框架形成柱式侧移机构，危害性大，不易修复，一般不允许框架柱出现塑性铰)：

　　(1)弹性墙―弹性框架(简称EW―EF)：即将剪力墙和框架设计成在整个地震过程中一直处于弹性。

　　(2)弹性墙―弹塑性框架(简称EW―PF)：即使剪力墙在整个地震过程中处于弹性，而使框架中的梁端在地震过程中进入弹塑性形成塑性铰。

　　(3)弹塑性墙―弹性框架(简称PW―EF)：即使剪力墙在地震过程中屈服，进入弹塑性，而让框架在地震过程中一直处于弹性。

　　(4)弹塑性墙―弹塑性框架(简称PW―PF)：即使剪力墙在地震过程中屈服，进入弹塑性，也让框架中的梁端在地震过程中屈服形成塑性铰。

　　文献对以上四种结构进行了动力反应分析，比较其动力反应可得到：

　　结构“EW―EF”产生了最强的结构动力反应。此结构的顶点位移最大，除在结构底部剪力墙屈服层以及靠近屈服层的少数层外，各层的层间变形以及框架梁、柱弯矩和剪力均较大，剪力墙的弯矩和剪力沿整个高度均较大。

　　结构“EW―PF”的位移(顶点位移和层间位移)较结构“EW―EF”有所减少，但不显著;框架各层梁、柱弯矩和剪力降低较多;剪力墙的弯矩和剪力变化很小，在结构下部略有减小，在结构上部略有增加。

　　结构“PW―EF”的顶点位移较结构“EW―EF”和结构“EW―PF”减小许多;除在底部若干层里，由于剪力墙的屈服产生塑性转动引起层间位移增大 外，其余各层的层间位移较“EW―EF”和“EW―PF”减小许多;框架梁、柱的弯矩和剪力较结构“EW―EF”有一些下降，但幅度不大;剪力墙的弯矩和 剪力值沿整个高度较“EW―EF”与EW―PF”下降很多。

　　结构“PW―PF”与结构“PW―EF”相比，层间位移和顶点位移稍有增加，但框架梁、柱的弯矩和剪力有所下降;剪力墙的弯矩和剪力变化很小，多数层稍有减小，少数层稍有增加。同时与结构“PW―EF”相比，对框架―剪力墙结构中的剪力墙底部转角延性要求降低。

　　通过比较可以看出，结构“PW―PF”具有最好的抗震性能。而文献认为，由于结构“PW―PF”需采取构造措施来保证框架梁、柱结点的延性，虽然从受力 特性来看结构“PW―PF”比结构“PW―EF”抗震性能较好，但从经济角度考虑采用结构“PW―PF”将是得不偿失，因而建议采用结构“PW―EF”来 做为具有最好的抗震性能的结构。

　　当然，要使结构能形成以上预期的耗能体系，必须保证各构件局部延性要求。而对框架和剪 力墙有关这些问题已有较多研究。如文献提出了人工塑性铰的概念，把它用于框架梁端可减少节点构造的复杂性，而且能防止节点破坏，满足局部延性要求，使框架 形成梁式侧移结构。又把人工塑性铰用于双肢墙的连系梁，使剪力墙的延性得到改善。在剪力墙底层设置竖向缝，试验表明其可以使剪力墙底部延性得到改善。把文 献中构造措施和现行规范给出的一些措施综合考虑，就完全有可能使框架―剪力墙结构形成一个所预期的最佳耗能体系。