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2022年 第37卷 第8期
2022, 37(8): 1-8.
doi: 10.13206/j.gjgS21122004
摘要
PDF (4164KB)
摘要:
双钢板组合剪力墙由两侧钢板、内填混凝土以及钢板间的机械连接件组成，具有自重轻、高轴压、高延性、薄墙体、抗震性能好、装配率更高等诸多优势，随着建筑高度和功能要求的不断提高，得到了广泛的应用和发展。为此，总结了双钢板组合剪力墙轴压性能的研究现状，介绍目前主要机械连接件形式中的栓钉连接、约束拉杆连接、混合连接、新型机械连接等，选取作为抗震、抗剪等复杂力学性能基础的轴压性能为主线，分析总结了不同机械连接件形式下的轴压承载力和破坏模式以及其受不同参数变量的影响规律，并对双钢板组合剪力墙的初始刚度、距厚比（连接件间距与钢板厚度之比）限值、轴压承载力计算理论进行分析。最后从理论研究、机械连接件、连接节点、施工应用、耐久性5个方面指出目前研究存在的若干问题，并对双钢板组合剪力墙在高层建筑中的未来发展趋势进行展望。
基于对目前研究的分析得出：钢板的屈曲是决定双钢板组合剪力墙极限轴压承载力的关键因素，根据距厚比大小，双钢板组合剪力墙破坏模式分为两种情况：钢板先屈曲后屈服和钢板先屈服后屈曲。在工程中，需要通过改变距厚比避免钢板屈曲先于屈服的破坏形式。沿墙体试件高度和宽度布置一定量的机械连接件，可使混凝土充分发挥材料性能，阻止钢板屈曲引起的脆性破坏，提高试件的轴压承载力和延性，保证墙体的刚度直到失效几乎保持不变。
双钢板组合剪力墙由两侧钢板、内填混凝土以及钢板间的机械连接件组成，具有自重轻、高轴压、高延性、薄墙体、抗震性能好、装配率更高等诸多优势，随着建筑高度和功能要求的不断提高，得到了广泛的应用和发展。为此，总结了双钢板组合剪力墙轴压性能的研究现状，介绍目前主要机械连接件形式中的栓钉连接、约束拉杆连接、混合连接、新型机械连接等，选取作为抗震、抗剪等复杂力学性能基础的轴压性能为主线，分析总结了不同机械连接件形式下的轴压承载力和破坏模式以及其受不同参数变量的影响规律，并对双钢板组合剪力墙的初始刚度、距厚比（连接件间距与钢板厚度之比）限值、轴压承载力计算理论进行分析。最后从理论研究、机械连接件、连接节点、施工应用、耐久性5个方面指出目前研究存在的若干问题，并对双钢板组合剪力墙在高层建筑中的未来发展趋势进行展望。
基于对目前研究的分析得出：钢板的屈曲是决定双钢板组合剪力墙极限轴压承载力的关键因素，根据距厚比大小，双钢板组合剪力墙破坏模式分为两种情况：钢板先屈曲后屈服和钢板先屈服后屈曲。在工程中，需要通过改变距厚比避免钢板屈曲先于屈服的破坏形式。沿墙体试件高度和宽度布置一定量的机械连接件，可使混凝土充分发挥材料性能，阻止钢板屈曲引起的脆性破坏，提高试件的轴压承载力和延性，保证墙体的刚度直到失效几乎保持不变。
2022, 37(8): 9-16.
doi: 10.13206/j.gjgS22031502
摘要:
金属面夹芯板以其保温绝热、降噪、自重轻和装配效率高等优点在围护结构中得到了很好的应用，基于金属面夹芯板的构造，提出一种新型的压型钢板与聚氨酯组合的夹芯楼板结构。为了研究压型钢板-聚氨酯夹芯楼板的受弯性能，对夹芯楼板试件进行了两点对称静载试验。在试验的基础上，提出并验证了夹芯楼板有限元模型，并对槽钢楼板厚度、压型钢板厚度和聚氨酯密度等进行了参数分析。
研究结果表明：夹芯楼板的破坏形式主要表现为挠度过大，最大挠度达到了板跨度的1/42，并且跨中截面处的槽钢出现畸变屈曲；夹芯楼板受弯变形后，槽钢首先达到屈服状态，而受压钢板的材料性能未能得到充分发挥；新型压型钢板聚氨酯夹芯楼板相比传统金属面夹芯板的承载能力和刚度有明显提升，承载力和刚度均提高203%；楼板厚度和压型钢板厚度对夹芯楼板的承载能力和刚度均具有显著影响，而楼板厚度相比压型钢板厚度对刚度的影响效果更明显，当楼板厚度从120 mm增大到160 mm时，夹芯楼板的承载力在正常使用状态下提高87%，在承载能力极限状态下提高63%，刚度提高88%，钢板厚度由1 mm增至3 mm时，夹芯楼板的承载力在正常使用状态下提高59%，在承载能力极限状态下提高84%，刚度提高61%；聚氨酯泡沫密度的变化对夹芯楼板的承载能力和刚度影响较小，当密度从45 kg/m3变化到90 kg/m3时，正常使用状态下夹芯楼板的承载力增幅为12%，承载能力极限状态下的承载力增幅仅为2%，刚度增幅为12%。
金属面夹芯板以其保温绝热、降噪、自重轻和装配效率高等优点在围护结构中得到了很好的应用，基于金属面夹芯板的构造，提出一种新型的压型钢板与聚氨酯组合的夹芯楼板结构。为了研究压型钢板-聚氨酯夹芯楼板的受弯性能，对夹芯楼板试件进行了两点对称静载试验。在试验的基础上，提出并验证了夹芯楼板有限元模型，并对槽钢楼板厚度、压型钢板厚度和聚氨酯密度等进行了参数分析。
研究结果表明：夹芯楼板的破坏形式主要表现为挠度过大，最大挠度达到了板跨度的1/42，并且跨中截面处的槽钢出现畸变屈曲；夹芯楼板受弯变形后，槽钢首先达到屈服状态，而受压钢板的材料性能未能得到充分发挥；新型压型钢板聚氨酯夹芯楼板相比传统金属面夹芯板的承载能力和刚度有明显提升，承载力和刚度均提高203%；楼板厚度和压型钢板厚度对夹芯楼板的承载能力和刚度均具有显著影响，而楼板厚度相比压型钢板厚度对刚度的影响效果更明显，当楼板厚度从120 mm增大到160 mm时，夹芯楼板的承载力在正常使用状态下提高87%，在承载能力极限状态下提高63%，刚度提高88%，钢板厚度由1 mm增至3 mm时，夹芯楼板的承载力在正常使用状态下提高59%，在承载能力极限状态下提高84%，刚度提高61%；聚氨酯泡沫密度的变化对夹芯楼板的承载能力和刚度影响较小，当密度从45 kg/m3变化到90 kg/m3时，正常使用状态下夹芯楼板的承载力增幅为12%，承载能力极限状态下的承载力增幅仅为2%，刚度增幅为12%。
2022, 37(8): 17-25.
doi: 10.13206/j.gjgs21111802
摘要:
基于减、隔震联用能为结构提供多道抗震设防的思想，提出了一种适合高烈度地区建造高层钢结构的应用技术。为了研究减、隔震联用对高层钢结构的减震特性，对比分析了层间隔震位置的布置规律，根据结构层间剪力和楼层加速度值对比，并考虑经济效果，得出将层间隔震布置在第4层柱顶（刚度突变处）的方案。建立了传统抗震结构（模型Ⅰ），层间隔震结构（模型Ⅱ），减、隔震联用结构（模型Ⅲ）的SAP 2000有限元模型，通过反应谱分析，得到三种模型的自振周期，通过罕遇地震下8度（400 cm/s2）和8度半（510 cm/s2）的地震动计算分析，得到3种模型的层间位移、楼层加速度、层间剪力、隔震支座和防屈曲支撑的滞回曲线。
结果显示：对比模型Ⅰ和模型Ⅱ，8度（400 cm/s2）和8度半（510 cm/s2）地震作用下模型Ⅲ的隔震层位移降幅分别为10.5%、14.8%；在400 cm/s2和510 cm/s2地震作用下，模型Ⅰ楼层加速度峰值逐渐变大，模型Ⅱ、模型Ⅲ较模型Ⅰ在隔震层以上楼层相对加速度峰值显著减少，且楼层间变化幅度不大，模型Ⅲ相比模型Ⅱ的隔震层以下楼层加速度更低；模型Ⅱ结构顶层相对加速度较模型Ⅰ减少50%左右，模型Ⅲ结构顶层相对加速度较模型Ⅰ减少可达到60%；400 cm/s2作用时模型Ⅱ和模型Ⅲ隔震层以下楼层的剪力比最大值分别为0.710和0.613，而隔震层以上楼层的分别为0.449和0.427；在510 cm/s2作用下，模型Ⅱ、模型Ⅲ隔震层以下楼层的剪力比最大值分别为0.741和0.602，而隔震层以上分别为0.421和0.389；罕遇地震下铅芯隔震支座（LRB）的滞回曲线饱满，最大位移达到161.6 mm （510 cm/s2）、124.5 mm （400 cm/s2），消耗了大部分地震作用，模型Ⅲ铅芯隔震支座的滞回环较模型Ⅱ的有所减小，说明底部布置防屈曲支撑（BRB）分担了部分地震作用，与LRB联用产生互补效果；500 cm/s2下滞回环较400 cm/s2的明显增大。分析表明，结构布置减、隔震装置对上部楼层减震效果更显著，而且从整个结构来看，减、隔震联用结构比层间隔震结构的减震效果更优，在更高烈度地震作用下减、隔震联用表现出更佳的减震性能，更能为结构提供安全保障。
基于减、隔震联用能为结构提供多道抗震设防的思想，提出了一种适合高烈度地区建造高层钢结构的应用技术。为了研究减、隔震联用对高层钢结构的减震特性，对比分析了层间隔震位置的布置规律，根据结构层间剪力和楼层加速度值对比，并考虑经济效果，得出将层间隔震布置在第4层柱顶（刚度突变处）的方案。建立了传统抗震结构（模型Ⅰ），层间隔震结构（模型Ⅱ），减、隔震联用结构（模型Ⅲ）的SAP 2000有限元模型，通过反应谱分析，得到三种模型的自振周期，通过罕遇地震下8度（400 cm/s2）和8度半（510 cm/s2）的地震动计算分析，得到3种模型的层间位移、楼层加速度、层间剪力、隔震支座和防屈曲支撑的滞回曲线。
结果显示：对比模型Ⅰ和模型Ⅱ，8度（400 cm/s2）和8度半（510 cm/s2）地震作用下模型Ⅲ的隔震层位移降幅分别为10.5%、14.8%；在400 cm/s2和510 cm/s2地震作用下，模型Ⅰ楼层加速度峰值逐渐变大，模型Ⅱ、模型Ⅲ较模型Ⅰ在隔震层以上楼层相对加速度峰值显著减少，且楼层间变化幅度不大，模型Ⅲ相比模型Ⅱ的隔震层以下楼层加速度更低；模型Ⅱ结构顶层相对加速度较模型Ⅰ减少50%左右，模型Ⅲ结构顶层相对加速度较模型Ⅰ减少可达到60%；400 cm/s2作用时模型Ⅱ和模型Ⅲ隔震层以下楼层的剪力比最大值分别为0.710和0.613，而隔震层以上楼层的分别为0.449和0.427；在510 cm/s2作用下，模型Ⅱ、模型Ⅲ隔震层以下楼层的剪力比最大值分别为0.741和0.602，而隔震层以上分别为0.421和0.389；罕遇地震下铅芯隔震支座（LRB）的滞回曲线饱满，最大位移达到161.6 mm （510 cm/s2）、124.5 mm （400 cm/s2），消耗了大部分地震作用，模型Ⅲ铅芯隔震支座的滞回环较模型Ⅱ的有所减小，说明底部布置防屈曲支撑（BRB）分担了部分地震作用，与LRB联用产生互补效果；500 cm/s2下滞回环较400 cm/s2的明显增大。分析表明，结构布置减、隔震装置对上部楼层减震效果更显著，而且从整个结构来看，减、隔震联用结构比层间隔震结构的减震效果更优，在更高烈度地震作用下减、隔震联用表现出更佳的减震性能，更能为结构提供安全保障。
2022, 37(8): 26-34.
doi: 10.13206/j.gjgs21071901
摘要:
顺德德胜体育中心为在国内沿海台风高发区首次采用单层马鞍形索网结构的工程。索网平面为109 m×71 m的椭圆，索网矢高8 m，索网屋面钢结构的支撑体系和抗侧力体系由外围V支撑和屋面环梁共同组成。索网结构纵向受力索和横向稳定索分别采用2φ65和2φ45高强密封索，环梁为截面1 m×2 m的巨型矩形梁，屋面系统为三层膜面体系。作为沿海强台风地区的马鞍形索网屋盖，必须通过精细找形和找力确定主索和次索的预拉力，紧密协调“恒载+活载”和“恒载+风载”组合下挠度和索内力的相对比例，使得向上和向下的变形相对平衡。结构体系和找形找力初步确定后，通过静力分析、稳定性分析、防连续倒塌分析、施工模拟分析以及罕遇地震弹塑性分析，进行构件精细化设计并验证结构方案的合理性。索网安全冗余度和施工次序对结构体系的成型至关重要，设计采用非线性静力分析方法进行断索分析，并从工程设计角度建议采用高空溜索+张拉稳定索的张拉方案。针对结构受力特点，周边V撑承受较大双向轴力，且外露可视，故创新性采用双向推力轴承节点，在保证结构受力同时确保建筑美观性，同时确保节点安全和冗余度。屋盖钢结构和索结构设计均能满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》的要求，并能有效实现建筑形态。
顺德德胜体育中心为在国内沿海台风高发区首次采用单层马鞍形索网结构的工程。索网平面为109 m×71 m的椭圆，索网矢高8 m，索网屋面钢结构的支撑体系和抗侧力体系由外围V支撑和屋面环梁共同组成。索网结构纵向受力索和横向稳定索分别采用2φ65和2φ45高强密封索，环梁为截面1 m×2 m的巨型矩形梁，屋面系统为三层膜面体系。作为沿海强台风地区的马鞍形索网屋盖，必须通过精细找形和找力确定主索和次索的预拉力，紧密协调“恒载+活载”和“恒载+风载”组合下挠度和索内力的相对比例，使得向上和向下的变形相对平衡。结构体系和找形找力初步确定后，通过静力分析、稳定性分析、防连续倒塌分析、施工模拟分析以及罕遇地震弹塑性分析，进行构件精细化设计并验证结构方案的合理性。索网安全冗余度和施工次序对结构体系的成型至关重要，设计采用非线性静力分析方法进行断索分析，并从工程设计角度建议采用高空溜索+张拉稳定索的张拉方案。针对结构受力特点，周边V撑承受较大双向轴力，且外露可视，故创新性采用双向推力轴承节点，在保证结构受力同时确保建筑美观性，同时确保节点安全和冗余度。屋盖钢结构和索结构设计均能满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》的要求，并能有效实现建筑形态。
2022, 37(8): 35-46.
doi: 10.13206/j.gjgS22062101
摘要:
随着大型公共建筑的大规模建设，多层大跨度结构随之产生，其最大特点为楼盖跨度较大。目前能够应用于大跨度楼盖的结构体系主要有四类，即空腹夹层楼盖、钢桁（网）架组合楼盖、弦支楼盖以及预应力楼盖。为进一步提高楼盖结构跨越能力，提高传力效率，提出一种新型大跨度楼盖结构体系——双向弦支组合楼盖结构。首先通过数值模拟的方法，对新型结构体系的静力性能和传力机理进行了系统研究，重点讨论了结构在施工阶段和使用阶段的支座反力、拉索内力、钢梁内力以及混凝土内力的时空变化规律，其次通过与常规组合楼盖结构进行对比，研究新型楼盖结构在跨越能力方面的提升效果，最后对双向弦支组合楼盖结构的设计方法进行了探讨，研究了在设计中忽略施工过程对设计结果的影响。
结果显示：结构水平法向支座反力在混凝土施工阶段出现大幅增加，且边界中间位置与两侧位置水平反力方向相反，在使用阶段，结构的法向水平支座反力最大，其次是竖向反力，切向水平反力最小。滑动支座水平位移在施工过程中变化较小。拉索内力在施工过程中总的趋势是逐渐增加，但在张拉阶段中间位置拉索内力存在一定的回落，除张拉阶段以外，其他施工阶段及使用阶段均为中间位置索力大、两侧位置索力小。钢梁轴力在钢结构拼装和拉索张拉阶段时均为压力，在混凝土施工阶段和使用阶段呈现中部受拉、两侧受压的空间分布。钢梁弯矩在钢结构拼装阶段以正弯矩为主，在拉索张拉阶段以负弯矩为主，在混凝土施工阶段和使用阶段呈现中部正弯矩、两侧负弯矩的分布特点。混凝土板处于受压状态，弯矩数值较小；双向弦支组合楼盖相较于常规双向组合楼盖而言，支座水平反力、结构轴力、弯矩及竖向变形均有较大幅度的减小，静力性能优于常规双向组合楼盖；在双向弦支组合结构静力性能分析时，不考虑施工过程的计算结果与实际情况存在较大偏差，且大部分结构关键内力结果均偏小，对于结构设计而言存在一定安全隐患，所以建议在设计中采用考虑施工过程的方案进行分析。
随着大型公共建筑的大规模建设，多层大跨度结构随之产生，其最大特点为楼盖跨度较大。目前能够应用于大跨度楼盖的结构体系主要有四类，即空腹夹层楼盖、钢桁（网）架组合楼盖、弦支楼盖以及预应力楼盖。为进一步提高楼盖结构跨越能力，提高传力效率，提出一种新型大跨度楼盖结构体系——双向弦支组合楼盖结构。首先通过数值模拟的方法，对新型结构体系的静力性能和传力机理进行了系统研究，重点讨论了结构在施工阶段和使用阶段的支座反力、拉索内力、钢梁内力以及混凝土内力的时空变化规律，其次通过与常规组合楼盖结构进行对比，研究新型楼盖结构在跨越能力方面的提升效果，最后对双向弦支组合楼盖结构的设计方法进行了探讨，研究了在设计中忽略施工过程对设计结果的影响。
结果显示：结构水平法向支座反力在混凝土施工阶段出现大幅增加，且边界中间位置与两侧位置水平反力方向相反，在使用阶段，结构的法向水平支座反力最大，其次是竖向反力，切向水平反力最小。滑动支座水平位移在施工过程中变化较小。拉索内力在施工过程中总的趋势是逐渐增加，但在张拉阶段中间位置拉索内力存在一定的回落，除张拉阶段以外，其他施工阶段及使用阶段均为中间位置索力大、两侧位置索力小。钢梁轴力在钢结构拼装和拉索张拉阶段时均为压力，在混凝土施工阶段和使用阶段呈现中部受拉、两侧受压的空间分布。钢梁弯矩在钢结构拼装阶段以正弯矩为主，在拉索张拉阶段以负弯矩为主，在混凝土施工阶段和使用阶段呈现中部正弯矩、两侧负弯矩的分布特点。混凝土板处于受压状态，弯矩数值较小；双向弦支组合楼盖相较于常规双向组合楼盖而言，支座水平反力、结构轴力、弯矩及竖向变形均有较大幅度的减小，静力性能优于常规双向组合楼盖；在双向弦支组合结构静力性能分析时，不考虑施工过程的计算结果与实际情况存在较大偏差，且大部分结构关键内力结果均偏小，对于结构设计而言存在一定安全隐患，所以建议在设计中采用考虑施工过程的方案进行分析。
2022, 37(8): 47-49.
doi: 10.13206/j.gjgS22082001
摘要:
抗震设计要进行梁柱节点域抗剪强度验算，分析揭示了弱节点域的危害，提出了提高节点域强度要求的计算公式。
抗震设计要进行梁柱节点域抗剪强度验算，分析揭示了弱节点域的危害，提出了提高节点域强度要求的计算公式。
