考慮豎向荷載的加勁鋼板剪力墻設(shè)計技術(shù)研究
大摘要

鋼板剪力墻體系是一種有效的抗側(cè)力體系，以較高的側(cè)向剛度、良好的延性、優(yōu)異的能量耗散能力和很高的安全儲備等優(yōu)點為多層鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了一種新型有效的選擇。鋼板剪力墻具有較高的初始剛度和屈曲后剛度，能很好的彌補(bǔ)鋼框架-混凝土核心筒發(fā)生開裂、強(qiáng)度和剛度退化的不足；與鋼筋混凝土剪力墻相比，具有很好的延性和滯回性能；與鋼斜支撐結(jié)構(gòu)相比，鋼板剪力墻因為形狀是矩形的，加工、安裝、運輸均很方便，制作和安裝成本大幅度下降。
但是《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)中對鋼板剪力墻的規(guī)定不能指導(dǎo)工程設(shè)計，因此大大影響了鋼板墻的推廣。我國現(xiàn)行《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99-98)規(guī)定鋼板墻剪切彈性屈曲不先于剪切屈服，這就導(dǎo)致鋼板很厚或者加勁肋很密，無法發(fā)揮鋼板墻經(jīng)濟(jì)輕巧的優(yōu)勢，密肋加勁也增加了施工難度，而且與國外實際應(yīng)用不符，從日本的實際應(yīng)用來看，加勁肋數(shù)目很少，遠(yuǎn)達(dá)不到密肋加勁。
本論文基于國內(nèi)外學(xué)者已有研究成果，分別對縱向加勁，縱橫加勁、非加勁鋼板剪力墻進(jìn)行了有限元模擬和彈性屈曲研究。
首先研究了縱向加勁鋼板剪力墻的剪切屈曲性能，分析了加勁肋剛度、加勁肋數(shù)目、區(qū)格寬高比對鋼板墻剪切屈曲性能的影響，發(fā)現(xiàn)區(qū)格寬高比和加勁肋剛度系數(shù)對剪切屈曲系數(shù)有很大影響，并提出了門檻剛度計算公式， 新公式考慮了加勁肋扭轉(zhuǎn)剛度的加勁肋門檻剛度的影響。
然后研究了縱橫加勁鋼板剪力墻的剪切屈曲性能，通過對一橫多縱，兩橫多縱和三橫多縱系列的研究，提出了縱橫加勁鋼板墻的屈曲系數(shù)計算公式以及門檻剛度計算公式，公式精度良好，有望在工程中應(yīng)用。研究過程中同樣考慮了邊框扭轉(zhuǎn)約束對屈曲系數(shù)的影響，用新標(biāo)準(zhǔn)衡量鋼板墻的剪切屈曲系數(shù)和門檻剛度。
本文還研究了不同邊界條件壓剪矩形板的屈曲，其中包括四邊簡支、兩側(cè)邊固支、四邊固支三種情況，通過改變壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的加載比例以及矩形鋼板的寬高比得到一系列計算模型，用ANSYS軟件對這一系列模型進(jìn)行屈曲分析，驗證了已有剪壓板彈性屈曲條件公式，確定了公式適用范圍，提出了適用范圍之外的彈性屈曲條件公式，公式具有較高精度。
最后，本文針對目前鋼板墻基本假定與實際受力不符的情況，考慮了豎向荷載對鋼板剪力墻的影響，進(jìn)一步研究了非加勁鋼板墻在壓剪作用下邊框扭轉(zhuǎn)剛度對鋼板屈曲性能的影響；然后建立有限元模型分析不同壓剪比例情況下縱向加勁鋼板墻的門檻剛度和屈曲應(yīng)力，用有限元軟件研究其屈曲性能和門檻剛度，分析了屈曲應(yīng)力與加勁剛度的關(guān)系，得出了加勁肋門檻剛度的計算公式。研究結(jié)果表明曲線變化趨勢隨著壓剪比例的增大，從純剪狀態(tài)逐漸趨于純壓狀態(tài)。
本文所得到的成果如下：
1、提出了加勁肋門檻剛度的判定標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)考慮了加勁肋扭轉(zhuǎn)剛度的影響；
2、提出稀疏加勁鋼板墻在純剪狀態(tài)下的門檻剛度公式和縱橫加勁鋼板墻剪切屈曲系數(shù)與加勁剛度的關(guān)系公式，公式具有較高精度，可以用于工程設(shè)計。
3、研究了壓剪作用下彈性屈曲條件，驗證了已有公式的適用范圍，并提出了適用范圍之外的彈性屈曲條件公式，公式結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果的比較表明，新公式具有良好的精度。
本文所研究的稀疏加勁鋼板墻對推進(jìn)鋼板墻結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用，實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)住宅抗側(cè)力體系的工業(yè)化具有一定推動價值，并可在一定程度上解決影響住宅產(chǎn)業(yè)化一個瓶頸問題。

關(guān)鍵詞 鋼板剪力墻；稀疏加勁；彈性屈曲；豎向荷載；門檻剛度






























Abstract

SPSW(steel plate shear wall) system is an effective resist lateral force system.The high lateral stiffness, good ductility, outstanding energy dissipation capacity and high security reserve advantages make it a new effective choice for multi-layer steel structure building. Steel shear wall has higher initial stiffness and post-buckling stiffness, compared with steel inclined support structure, because the shape of steel plate shear wall is rectangular, the processing, installation, transportation is very convenient, so production and installation costs drastically.
But the “high civil construction steel structure technical regulation” (JGJ99 – 98) cannot guide engineering design for plate shear wall, thus greatly affected the promotion of steel plate shear wall.The current “high civil construction steel structure technical regulation” (JGJ99-98) regulate that shear elastic buckling not precede shear yield, make plate thick or close stiffened, cannot play steel wall economic lightweight advantage. Besides,it dose not conform to the overseas practical application,the application shows that the stiffeners far from the multi-ribbed stiffening.
Based on the existing research,this paper investigates longitudinal stiffened ,both transversely stiffener and longitudinal stiffened and unstiffened plate shear wall.
First studied the shear buckling performance of longitudinal shearing stiffening plate shear wall, analysis how the the stiffness of stiffeners, stiffener number and aspect ratio influence the elastic buckling performance, found that aspect ratio and stiffness of stiffener has a great influence to shear buckling coefficient, and puts forward the threshold stiffness calculation formula, the new formula considers the torsional rigidity of stiffeners .
Then studied the shear buckling performance of both transversely stiffener and longitudinal stiffened plate shear wall, through the studies of several series plate shear wall, puts forward the buckling coefficient calculating formula and the ..