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填充墙对框架结构抗震性能影响的研究

王琎  
【摘要】:填充墙-框架结构因而其布置形式灵活,易于形成大空间,被广泛地应用于大型公共场所。由于填充墙与框架主体之间存在耦合作用,两者之间紧密联结、相互作用,然而在实际工程中,仅仅是在结构周期的计算过程中,体现了墙体的布置对结构产生的影响。考虑到填充墙在受到地震荷载时早早出现裂缝并消耗掉部分地震能量,但是在分析结构的受力情况时,依然按照框架结构构件的刚度大小来分配,没有充分考虑填充墙对于结构的承载能力的影响以及墙体自身具备的侧向刚度对结构刚度的贡献,这种简化处理方法并不安全。从实际的震害情况来看,很多此类结构未出现“强柱弱梁”机制,而是往往以“强梁弱柱”的形式发生破坏,同时,填充墙的材料特性不同,结构发生破坏的严重程度也不尽相同。由此可见,填充墙的材料性质和布置形式会对框架结构的抗震性能产生很大的影响,水平地震荷载的作用下,填充墙对框架结构的刚度效应不容忽视。本文所做的主要研究工作如下:(1)阐述了水平地震荷载下填充墙与框架主体之间存在的相互联系及相互影响,其中包括填充墙对于框架主体在抗侧移刚度、承载能力、变形性能、吸收地震能量的大小等性能的有利影响,以及一些不利影响,并从另外一方面阐述了框架在一定程度上约束了墙的变形。(2)选择一个能反映实际情况的简化模型来准确的体现墙体的材料性质及竖向布置形式对框架结构的影响,同时也为了与实际情况相吻合,通过对墙体破坏形式的分析,最终选取与墙等厚、宽度取某个特定值的斜撑杆等效代替填充墙,与框架主体之间采用铰接的形式,一起抵抗侧向力。(3)本文充分考虑填充墙的材料性质、以及其竖向布置形式,通过建立纯框架结构模型、砖填充墙满布的框架结构模型、砌体填充墙满布的框架结构模型、砖填充墙—框架结构模型(首层大空间)、砌体填充墙—框架结构模型(首层大空间)、砖填充墙—框架结构模型(中间层大空间)、砌体填充墙—框架结构模型(中间层大空间)、砖填充墙—框架结构模型(顶层大空间)、砌体填充墙—框架结构模型(顶层大空间),运用Sap2000分别对其进行计算和分析,得到性能点处对应的最大楼层位移、基底剪力、顶点位移,通过计算后得到层间位移以及层间位移角,并将这几个方面进行对比,得出了不同的墙体材料及竖向布置形式对结构抗震性能的影响。(4)分析了填充墙的存在对结构抗侧刚度的贡献作用,重点分析了门窗洞口的尺寸和位置对刚度贡献率的影响。(5)根据以上分析研究得出的结论,并结合相关的规范规定,给出抗震设计建议。


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