高层建筑中搭接墙转换层结构试验研究及受力分析

论文摘要

在搭接柱转换结构研究的基础上,本文将搭接转换的概念推广到搭接墙转换层结构,适用于高层建筑中上、下层墙片竖向不连续的情况。和传统厚板转换相比,搭接墙转换层具有节省材料、本层建筑空间可以充分利用、上、下层竖向刚度突变较小的优点。本文对天津嘉里中心公寓楼下部搭接墙转换层结构1:5的模型试件进行了拟静力加载试验研究,模型试验结果表明,按常规混凝土结构设计方法所设计的搭接块部分可以实现罕遇地震作用下不屈服的设计目标。试验结果和有限元分析表明,往复加载过程中搭接块部分的破坏情况为:受拉边缘出现斜裂缝并逐渐变宽,向墙长方向受压区延伸;受压边缘混凝土受压,出现受压斜裂缝,已有受拉裂缝发展为竖向受压裂缝,进而向受压典型斜裂缝发展;最终,受拉屈服钢筋较多,混凝土受压破坏严重,试件破坏。破坏主要集中在搭接块和上、下层墙结合处,以及搭接块主对角区域。本文提出了搭接墙结构的弹性工作计算公式,认为搭接墙结构区别于搭接柱结构的本质特征在于空间协同工作能力,其通过搭接扭矩实现,空间协同工作能力可以通过空间协同工作折减系数来反映。本文在试验研究的基础上,根据压杆-拉杆模型理论提出了搭接墙结构的典型破坏区域。算例分析表明:搭接块部分配筋足够时,可以保证上层墙片达到极限承载力而自身不屈服;本文所提出搭接墙典型破坏区域配筋较弱时该区域即出现屈服、破坏,需要适当加强本文所提出搭接墙典型破坏区域的配筋。针对搭接墙转换层结构,本文分别给出了按照压杆-拉杆模型理论和常规混凝土结构进行设计的设计方法和相关设计建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 高层建筑转换层结构概述
• 1.2 搭接柱转换层结构
• 1.3 搭接墙-柱转换层结构
• 1.4 搭接墙转换层结构
• 1.5 本文的研究目的和内容
• 第2章 试验研究
• 2.1 模型设计与制作
• 2.1.1 模型设计
• 2.1.2 配筋设计
• 2.1.3 模型材料
• 2.1.4 模型制作
• 2.2 试验设备与装置
• 2.3 测点布置与加载方式
• 2.3.1 试验测试内容
• 2.3.2 测点布置
• 2.3.3 加载方式
• 2.4 试验过程
• 2.4.1 正常使用状态荷载
• 2.4.2 小震作用荷载
• 2.4.3 大震作用荷载
• 2.4.4 竖向极限荷载
• 2.4.5 裂缝展开图
• 2.4.6 小结
• 2.5 试验结果分析
• 2.5.1 滞回曲线及其特性分析
• 2.5.2 骨架曲线
• 2.5.3 层间位移角
• 2.5.4 应变分析
• 2.6 有限元分析
• 2.6.1 分析模型
• 2.6.2 有限元计算结果及分析
• 2.6.3 极限形态
• 2.6.4 破坏形态
• 2.7 搭接墙受力机理及破坏特征初步分析
• 2.7.1 受力机理
• 2.7.2 搭接墙的破坏特征
• 2.8 本章小结
• 第3章 搭接墙结构的受力机理
• 3.1 搭接柱结构的受力分析
• 3.1.1 搭接柱试验过程的有限元模拟
• 3.1.2 搭接柱的弹性工作机理
• 3.1.3 压杆-拉杆模型
• 3.2 搭接墙结构的受力分析
• 3.2.1 搭接墙结构在竖向荷载下的工作机理
• 3.2.2 搭接墙结构在竖向荷载和弯矩作用下的工作机理
• 3.2.3 搭接块的受扭状态
• 3.2.4 搭接墙结构弹性工作性能计算方法
• 3.3 搭接墙结构的典型破坏形态
• 3.3.1 压杆-拉杆模型
• 3.3.2 典型破坏形态
• 3.3.3 算例分析
• 3.4 搭接墙结构的搭接比例
• 3.5 搭接墙结构试验模型分析
• 3.5.1 设计目标
• 3.5.2 常规设计方法和采用压杆-拉杆模型设计的主要区别
• 3.5.3 试验模型墙片的受力特点
• 3.5.4 试验模型破坏特征
• 3.6 本章小结
• 第4章 搭接墙结构的设计建议
• 4.1 搭接墙结构设计的相关问题探讨
• 4.1.1 搭接块中上层墙水平剪力传递
• 4.1.2 搭接扭矩的求解
• 4.1.3 上下层墙面外抗弯承载力
• 4.1.4 搭接块两端板底设梁
• 4.1.5 搭接块上下方楼板端部支撑
• 4.1.6 上下层结构刚度比
• 4.2 按压杆-拉杆模型设计方法
• 4.2.1 强度条件
• 4.2.2 压杆-拉杆尺寸
• 4.2.3 拉杆配筋设计
• 4.2.4 压杆配筋设计
• 4.2.5 节点区强度验算
• 4.2.6 构造要求
• 4.3 按常规混凝土结构设计方法
• 4.3.1 设计要点
• 4.3.2 构造要求
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢