[摘要] 第 1 章 绪 论1 1 引言随着社会生产的发展和科学技术
第 1 章 绪 论
1.1 引言
随着社会生产的发展和科学技术的进步，高层建筑不断涌现出来并成为现代城市的点缀和标志性建筑。20 世纪，以美国为代表的发达国家出现了大量的高层建筑。20 世纪末，随着经济发展，新加坡、东京及我国的北京、珠海、广州等东南亚地区高层建筑如雨后春笋般不断建造起来。繁荣的经济促使高层建筑的崛起，先进的科学技术是高层建筑发展的基础。发展至今，高层建筑的用途和形式越来越多样化，结构高度也逐渐增加。 地震是一种常见并破坏性极大的自然灾害，由于其没法预测和突发性，一场强震过后常常导致大量生命和财产的损失，对社会的发展影响极大。在高层建筑中，水平荷载要比竖向荷载影响大，且建筑高度愈大这种现象愈加明显[1]。因结构形式多样化导致高层结构质心与刚度中心不重合，使其在地震作用下发生平扭耦联振动。且在地震区，地震荷载对高层建筑的危害要比低、多层建筑结构大。为了保证人民生命安全，减轻地震造成经的济损失，有效的途径是提高房屋的抗震能力，因此对其抗震性能进行研究，具有重大的实际意义和价值。 高层和超高层建筑在北美国家多是钢结构形式，而我国是近几十年来才开始采用，但结构仍采用传统的钢筋混凝土剪力墙作为抗侧力构件。由于钢材与混凝土两种材料性能的差异，钢框架与钢筋混凝土剪力墙构件之间存在着延性、刚度等不匹配问题，且二者的节点连接也颇为复杂[2]。慢慢地学者们发现，用钢板剪力墙代替传统的钢筋混凝土剪力墙可以解决这个问题。 自 1983 年 Thorborn 将“拉力场”理论应用于钢板剪力墙的研究中，钢板剪力墙的研究有了突飞猛进的进展。目前，钢框架-钢板剪力墙的抗震研究已经引起国内外学者的重视，但研究主要针对于多、低层结构的线性分析和实验研究，对于钢板剪力墙在高层钢框架结构中的研究还处于起步阶段，亟待研究和发展。因此，对高层钢框架-钢板剪力墙结构的抗震研究有重大的现实意义。
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1.2 钢板剪力墙的发展和应用
根据墙板的构按照内嵌钢板的宽厚比 λ=min(b，h)/t 的大小，当 λ<250 时为厚钢板剪力墙，当 λ ≧2 50时为薄钢板剪力墙。 由于厚钢板剪力墙的宽厚比大，墙板在平面内的弹性初始刚度较大，一般不发生平面外受力，且其在地震荷载作用下滞回性能稳定并表现出良好的延性。薄钢板剪力墙在受力初期率先发生剪切屈曲，并在墙板形成褶皱状似的“拉力带”，使发生屈曲的薄钢板剪力墙仍能继续承担荷载。薄钢板剪力墙屈曲后产生的拉力带会对其周边梁柱产生附加弯矩，因此在设计时要加大其周边构件截面。 造特点，钢板剪力墙有多种划分类型的方式[钢板剪力墙根据内嵌板是否加劲可以划分为加劲钢板剪力墙与非加劲钢板剪力墙。在墙板表面加上井字形、十字形等加劲肋，将钢板剪力墙的整个墙面划分成一个个小区格。在钢板剪力墙内嵌板厚度不变的情况下，每个小区格的宽厚比变大，延迟了墙板屈曲，增强了整体承载能力及延性。
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第 2 章 钢板剪力墙的理论研究
2.1 引言
随着科学技术突飞猛进的进步，建筑结构的高度不断增加。在高层结构中，竖向力和水平力是结构设计当中的两个主要内容。随着建筑物高度的增大，可以通过增大竖向受力构件的截面面积或增加竖向受力构件的数量来解决竖向荷载问题。而水平荷载(水平地震荷载和风荷载) 比较困难，只能通过设计有效的抗侧力构件来解决。 第一章介绍了钢板剪力墙的种类与发展，与传统的混凝土剪力墙相比，钢板剪力墙具有以下几个优点：(1)自重小，安全程度高；(2)空间布置灵活；(3)屈曲后强度比较大，可以有效利用钢材塑性继续承受荷载；(4)施工速度快；(5)破坏后更重新更换。 本章主要介绍钢板剪力墙构件的基本理论及其简化分析模型，为下面几章结构振动控制分析工作奠定基础。
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2.2 钢板剪力墙的理论研究
钢板剪力墙体系类似竖向悬臂墙，有单、多肢形式之分，承担由水平荷载产生的层间剪力和弯矩。将钢板剪力墙应用在高层结构中，其会与框架梁柱共同构成两道抗侧力防线。在水平剪力作用下，钢板剪力墙体系的变形和工作机理与悬臂梁相似，如图 2-3 所示。框架柱可视为悬臂梁的翼缘，钢板剪力墙可视为其的腹板，框架水平梁可视为其加由框架梁柱和内嵌钢板组成的钢板剪力墙构件，已被国内外学者证明是一种经济效益良好的抗侧力体系。根据内填板的高厚比，可划分成薄钢板剪力墙和厚钢板剪力墙两种。 由于厚钢板剪力墙的宽厚比大，墙板在平面内材料非线性、几何非线性，边框柱提前屈服或失稳，使厚钢板剪力墙没有完全发挥其作用之前破坏。 薄钢板剪力墙，类似于竖向悬臂薄腹梁，由拉力场的发展和边界约束的状况共同决定了其性能。与厚钢板剪力墙类似，剪力由内填板面内屈曲后形成的拉力场承担，大部分倾覆力矩则主要由边框承担，且滞回曲线呈 S 型。薄钢板剪力墙理论屈曲临界荷载的大小往往是其屈曲后极限抗剪承载力的好几倍，如果框架梁柱的刚度大，则其主应力差不多与钢材的屈服强度一样大，可以不考虑墙板平面外初始几何缺陷及残余应力对薄钢板剪力墙承载力的影响。材料的弹塑性和几何非线性导致结构非线性，使板屈曲后拉伸破坏或框架梁柱形成塑性铰时其屈服破坏。 当高厚比较小时钢板形成屈曲波较少，但变形不可忽视，因此在波形转换时造成滞回曲线一定程度的“捏缩”现象；随高厚比增大，钢板上屈曲半波的数量不断增加，波幅不断减小，平面外变形最大值也不断减小，但更多的屈曲半波意味着结构在卸载时很快进入到波型的转换期，其滞回曲线不断“振荡”，直至反向屈曲半波形成才会继续承载。即随钢板高厚比增大，屈曲半波增多，钢板承压性能越弱，“拉力带”效应越明显，说明钢板剪力墙截面处于较高的应力状态，且较容易达到钢材的剪切屈曲强度。 
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第 3 章 钢板剪力墙对规则框架结构的动力特性影响分析 ....... 29
3.1 引言 .....29
3.2 模型概况 .... 29
3.3 钢板剪力墙对规则框架结构的振动控制分析 ....... 31
3.3.1 钢板剪力墙结构体系的自振分析 ......... 31
3.3.2 不同地震强度下结构体系的计算与分析 .... 33
3.3.3 不同地震波种类下结构体系的计算与分析 ....... 41
3.4 小结 ..... 47
第 4 章 钢板剪力墙对不规则框架结构的动力特性影响分析 .......... 49
4.1 前言 ..... 49
4.2 模型状况 .... 49
4.2.1 模型 ........ 49
4.2.2 结构模型荷载统计 ..... 50
4.2.3 钢板剪力墙及结构响应参数 .......... 50
4.3 钢板剪力墙对不规则框架结构的振动控制分析 .......... 51
4.3.1 钢板剪力墙结构体系的自振分析 ......... 51
4.3.2 不同地震强度下结构体系的计算与分析 .... 53
4.3.3 不同地震波种类下结构体系的计算与分析 ....... 58
4.4 小结 ..... 63
第 4 章 钢板剪力墙对不规则框架结构的动力特性影响分析
4.1 前言
随着社会的发展，人们越来越追求建筑物外形的美观以及多样化，因此不规则结构将会越来越多。不规则结构的质量中心与刚度中心不重合，使建筑物在地震作用下发生扭转，遭受到比规则结构更大的破坏。所以，研究不规则结构的平扭转动是非常有必要的。 根据建筑抗震规范[56]，建筑物可以划分成平面不规则与竖向不规则两种类型。根据结构平面形式，平面不规则类大致可以分为扭转、凹凸及楼板局部不连续 3种。竖向不规则类型大致也可以分为 3 种，即侧向刚度不规则、竖向抗侧力构件不连续及楼层承载力突变。以前在结构设计过程中，一般有两种方法可以采用来减小结构的扭转效应：一种方法是选用较大的梁柱截面来加大结构的抗扭刚度，其缺点是造价高；另一个方法是当结构层间位移角距规范规定值较富裕时，可减小结构的抗弯刚度，但其易受到多方面的限制。随着对结构抗震性能研究的深入，结构采用钢板剪力墙可以有效地减小扭转效应。 基于 Sap2000 软件平台，本章将非加劲钢板剪力墙作为结构被动控制的抗震元件加入算例不规则框架，通过变化地震强度来分析钢板剪力墙对高层钢框架结构抗震性能的影响，研究不同地震强度、地震波种类等条件下，节点位移、加速度、基底反力等振动响应参数大小，主要分析在不同种类地震波作用下钢板剪力墙-框架结构体系的抗震效果。
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结论
近几十年，随着高层建筑不断采用钢结构形式，以钢材为主制作的钢板剪力墙抗震构件被国内外学者广泛关注，本文以非加劲钢板剪力墙为对象，研究了其工作原理、等效简化模型、受力机理及其对规则和不规则结构的振动控制等方面。主要结论有以下几点：
（1）根据各种类型钢板剪力墙的构造，讨论了非加劲钢板剪力墙的特点和工作原理，并对非加劲钢板剪力墙的基本理论及其受力机理进行了分析。
（2）研究了非加劲钢板剪力墙的两种简化模型，并针对框架-钢板剪力墙体系抗震分析中的几何非线性、材料非线性等非线性分析问题、数值分析方法、地震波选取等问题进行探讨。
（3）将非加劲钢板剪力墙构件加入十二层规则钢框架结构，数值分析了非加劲钢板剪力墙规则结构在地震作用下时程反应。通过采用两种不同厚度的钢板剪力墙，经数据对比得出：高层钢框架结构采用厚板钢板剪力墙构件的抗震效果更佳。对于同一种地震波，在不同峰值加速度下，钢框架-钢板剪力墙结构的各峰值响应减小率有所不同，随着地震波的峰值加速度越大，结构的减小率值越大，结构的抗震性能越好。钢板剪力墙对框架结构体系具有很好的抗震效果，然而不同地震波种类对结构体系的抗震作用影响较大，结构在天津波的作用下减小率值最大， El Centro波次之，Taft 波作用下的减小率值较低。 ...
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参考文献(略)
