1、浅析钢管混凝土框架-双钢板剪力墙核心筒结构 张慧玲 李其廉 河北科技大学建筑工程学院 摘 要： 随着装配式建筑的发展, 高层建筑越来越多地采用钢管混凝土框架-双钢板剪力墙核心筒结构, 这种结构中包含钢管混凝土柱和双钢板剪力墙两种比较新型的构件, 而且框架核心筒结构应用也比较广泛。本文通过建立相关模型分析出这种结构的各种性能, 为研究者提供参考。关键词： 钢管混凝土; 双钢板剪力墙; 弹性; 弹塑性; 收稿日期：2017-8-9Received： 2017-8-9引言筒体结构有很多分类, 如框架核心筒结构、筒中筒结构等。这些结构中双钢板剪力墙抵抗水平地震作用、提供结构中产生的剪力, 钢管混凝土柱
2、承担竖向荷载, 可以充当第二道防线的作用, 满足规范要求。这种结构体系已经应用于各国的高层建筑, 有必要对它进行更加深入的分析, 得出比较普遍的结论, 甚至可以制定出相关规范。这样才可以更加广泛地应用钢管混凝土框架-双钢板剪力墙核心筒结构, 更加促进建筑行业的发展。随着住宅产业化及绿色建筑的兴起及发展, 钢管混凝土结构应用将越来越广泛, 将钢管混凝土应用到高层建筑中, 可以节省钢材, 提高结构刚度。双钢板剪力墙抗侧刚度大、延性好, 耗能能力好, 可以节约钢材, 而且施工速度快, 是现代建筑较好的选择。将钢管混凝土柱与双钢板混凝土组合剪力墙结合, 优势更加明显, 体现绿色建筑的设计理念。1 钢管
3、混凝土及双钢板剪力墙简介钢管混凝土柱是圆钢管或方钢管中内填混凝土来构成钢管混凝土柱, 这种柱子比普通钢筋混凝土柱承载力高, 抗震性能好。国内外多位研究者都对钢管混凝土进行了研究, 分析了混凝土强度、钢材强度及轴压比等因素对钢管混凝土的延性、耗能能力、承载力及破坏模式的影响。双钢板混凝土组合剪力墙是在两层钢板中间添加混凝土, 混凝土中间可以加内隔板的剪力墙, 这种剪力墙厚度小、所用钢材较少, 可以节约材料, 符合可持续发展的理念;同时双钢板剪力墙的承载力、延性及耗能能力都比普通钢筋混凝土剪力墙高出很多。本文选择两种性能好的构件相结合, 即钢管混凝土柱与双钢板剪力墙相结合, 构成本文的研究对象-钢
4、管混凝土框架-双钢板混凝土组合剪力墙核心筒结构。分析表明:二者结合可以充分发挥各自的优势, 效果相当可观。2 弹塑性分析本文在 ABAQUS 中建立了相关模型, 其中的构件包括:钢管、两侧钢板、内隔板、工字钢梁及钢管和两侧钢板中的混凝土。选取合适的混凝土强度、钢材强度、结构尺寸、本构关系、网格划分尺寸、接触关系及荷载加载方式, 对其进行了弹塑性分析, 得出一些相关结论:(1) 钢管混凝土框架-双钢板剪力墙核心筒结构比普通钢筋混凝土框架核心筒结构以及单单使用钢管混凝土柱的框架核心筒结构性能优越, 主要表现在:承载能力、耗能能力、破坏模式及延性方面。(2) 钢管混凝土柱与双钢板剪力墙可以良好地配合
5、, 并且可以充分发挥各自的作用, 变形基本协调且可以满足规范要求。(3) 结构尺寸、剪力墙跨度、外框架跨度及连梁的存在与否等因素对结构的性能有或多或少的影响, 要合理设计结构的尺寸, 做到不浪费材料又能保证结构的安全耐用。(4) 在合理设计条件下, 结构的楼层位移及楼层层间位移角均可以满足规范要求, 不同条件下结构变形曲线基本相似, 但是构件破坏顺序、破坏模式会发生变化。(5) 合理选取地震波对结构进行动力弹塑性分析, 其结果与静力弹塑性分析结果存在差别, 动力分析结果稍稍偏低, 但总体一致, 因此采用静力弹塑性分析较为安全。3 性能分析在本文结构中设置加强层, 并且改变加强层尺寸来对比研究结
6、构的性能。设置加强层后结构刚度增大, 楼层位移和楼层层间位移角均降低, 但增大加强层结构尺寸对结构刚度影响不大。设置加强层会使加强层附近楼层的内隔板及两侧钢板的剪力发生突变, 从而出现薄弱层, 因此要合理设计。结构中竖向荷载由外框架及双钢板剪力墙中的钢管混凝土柱承担, 双钢板剪力墙核心筒承担绝大部分剪力, 而承担很小的竖向荷载。在结构分析中, 模型在出现较大变形和刚度明显下降的情况下, 外框架中的钢管混凝土柱及双钢板剪力墙核心筒中的钢管混凝土柱还可以保持弹性状态, 符合规范规定。选取多条地震波对结构进行多遇地震及罕遇地震作用下的分析, 即进行弹性及弹塑性时程分析, 得出剪力分配、基底剪力等的一
7、些规律。多遇及罕遇地震下, 楼层最大位移角出现在结构上部的楼层, 钢管混凝土和双钢板剪力墙可以良好配合, 在两侧钢板及内隔板出现屈曲及屈服时, 各钢管混凝土柱均可以维持在弹性状态, 并且承担部分剪力, 可以满足规范中多道防线的要求。多遇地震及罕遇地震的剪力分配情况相似。4 结语钢管混凝土框架-双钢板剪力墙核心筒结构作为一种较为先进的高层结构, 值得国内外学者深入研究, 从低层到高层、从简单到复杂、从平面尺寸到结构的性能分析等等。我们应该根据已有的规范和理论来合理设计此种结构, 让它安全、高效地为人类提供方便。参考文献1聂建国, 卜凡民, 樊健生.高轴压比、低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙拟静力
8、试验研究J.工程力学, 2013, 30 (6) :6061. 2刘鸿亮.带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能D.广州:华南理工大学, 2014. 3刘鸿亮.带约束拉杆双层钢板内填混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究J.建筑结构学报, 2013. 4任凤鸣.钢管混凝土框架-核心筒减震结构的抗震性能研究D.广州:广州大学, 2012. 5司徒俊, 陈麟, 吴珊瑚, 等.钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构性能分析J.钢结构, 2015, 30 (3) :16. 6屠永清, 涂远星, 张贵林.钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构抗震性能分析J.哈尔滨工业大学学报, 2007, 39 (2) :554557.
