钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震机理及设计方法研究

我国高层建筑大量采用框架-核心筒结构体系，组成核心筒的剪力墙是其中最主要的抗侧力构件。本项目提出一种新型的钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙，具有比传统的钢筋混凝土剪力墙优越的抗震和施工性能。通过对组合剪力墙试件的加载试验和有限元模拟，揭示在高轴压与模拟地震往复水平加载下组合剪力墙的传力机理、破坏模式、承载能力和变形特性。通过参数分析，研究轴压比、钢管含钢率、钢管混凝土套箍指标以及钢板体积率等对组合剪力墙抗震性能的影响规律。通过归纳分析试验和有限元模拟结果，提出组合剪力墙的承载力、刚度的设计计算方法和公式，以及可用于整体结构分析的简化计算模型。通过典型框架-组合剪力墙核心筒结构的地震响应全过程数值模拟分析，揭示组合剪力墙的延性和变形的需求，提出确保组合剪力墙抗震性能的构造要求与构造措施建议。本项目研究成果可以进一步完善钢-混凝土组合剪力墙结构理论，并为提高高层建筑的地震安全提供技术保障。

剪力墙是高层建筑结构的主要抗侧力构件，钢-混凝土组合剪力墙具有比传统的钢筋混凝土剪力墙更优越的抗震性能，在高层建筑中的应用越来越多。本项目提出一种新型的钢管-双层钢板-混凝土组合剪力墙，研究高剪跨比组合墙的抗震机理和设计方法。主要研究内容包括：（1）组合墙的抗震性能；（2）重要设计参数对组合墙抗震性能的影响规律；（3）组合墙正截面承载力设计计算公式；（4）抗震构造措施。试验和有限元模拟结果表明，高剪跨比组合墙的破坏形态为压弯破坏，墙底部边缘构件矩形钢管和钢板鼓曲、钢管断裂、混凝土压溃；组合墙滞回曲线饱满，承载力高，变形能力大。矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度显著影响组合墙的变形能力和耗能能力；钢板含钢率基本不影响高剪跨比组合墙的变形能力；矩形钢管混凝土边缘构件内设置圆钢管可提高组合墙的承载力，但对其变形能力影响不大。矩形钢管混凝土约束边缘构件沿墙肢长度为0.2倍墙截面高度、设计轴压比为0.45时，组合墙试件的屈服位移角不小于0.005、极限位移角可达0.03。提出了组合墙正截面承载力的计算公式，计算结果与试验值吻合较好，误差小于10%。基于理论分析和有限元模拟，提出了确保组合墙抗震性能的构造措施，建议约束边缘构件沿墙肢长度的限值、对拉螺栓间距与钢板厚度之比的限值。本项目研究成果可以进一步完善钢-混凝土组合剪力墙结构理论，为相关设计规程的制定提供参考，促进组合墙在高层建筑结构中的应用。