高層建筑框架-核心筒結(jié)構(gòu)抗震性能實驗報告摘要本實驗以某實際高層建筑框架-核心筒結(jié)構(gòu)為原型，采用1:10縮尺模型，通過擬靜力加載試驗研究其抗震性能。重點分析結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的受力特點、破壞機制、荷載-位移響應及關(guān)鍵構(gòu)件的應變分布。結(jié)果表明：框架-核心筒結(jié)構(gòu)的抗震性能主要由核心筒墻體和框架梁、柱共同承擔，破壞過程呈現(xiàn)“核心筒墻體開裂→框架梁端屈服→柱端塑性鉸形成”的漸進式破壞特征；層間位移角滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB____）的限值要求，可為類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供實驗依據(jù)。1引言1.1實驗背景隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑（高度＞100m）已成為城市天際線的重要組成部分?？蚣?核心筒結(jié)構(gòu)因具有良好的空間剛度和抗側(cè)性能，被廣泛應用于高層建筑中。然而，其抗震性能仍需通過實驗進一步驗證——尤其是核心筒與框架的協(xié)同工作機制、關(guān)鍵構(gòu)件的破壞模式等，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全可靠性。1.2實驗目的（1）研究框架-核心筒結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的受力特點及破壞機制；（2）分析結(jié)構(gòu)的荷載-位移響應、層間位移角等抗震性能指標；（3）探討核心筒墻體、框架梁、柱等關(guān)鍵構(gòu)件的應變分布及塑性發(fā)展規(guī)律；（4）為框架-核心筒結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提供實驗數(shù)據(jù)支撐。2實驗方案設(shè)計2.1試件設(shè)計以某28層高層建筑框架-核心筒結(jié)構(gòu)為原型，采用1:10縮尺比例設(shè)計試件（表1）。試件總高度為3.5m，共7層（對應原型28層），核心筒尺寸為1.2m×0.8m（壁厚0.1m），框架柱間距為0.6m，梁截面尺寸為0.1m×0.15m。鋼筋采用HRB400級（直徑6mm、8mm），混凝土強度等級為C30（原型為C60，通過相似比調(diào)整）。表1試件主要參數(shù)參數(shù)原型（28層）試件（7層）相似比總高度（m）1003.51:10核心筒尺寸（m×m）12×81.2×0.81:10框架柱間距（m）60.61:10梁截面尺寸（m×m）0.3×0.60.03×0.061:102.2材料性能（1）混凝土：采用C30細石混凝土，立方體抗壓強度試驗結(jié)果為32.5MPa（n=3，變異系數(shù)≤5%）；（2）鋼筋：框架柱、梁采用HRB400級鋼筋（直徑6mm、8mm），屈服強度分別為410MPa、420MPa，抗拉強度分別為550MPa、560MPa；核心筒墻體分布鋼筋采用HPB300級鋼筋（直徑4mm），屈服強度為310MPa。2.3加載方案采用擬靜力加載方式（圖1），加載設(shè)備為500kN液壓伺服作動器，加載點位于試件頂部中心。加載制度采用“力控制→位移控制”組合模式：彈性階段（層間位移角≤1/500）：采用力控制，每級荷載增量為5kN，循環(huán)1次；彈塑性階段（層間位移角＞1/500）：采用位移控制，每級位移增量為前一級的1.5倍，循環(huán)3次；破壞階段：當荷載下降至峰值荷載的85%以下時，停止加載。2.4測試內(nèi)容（1）應變測試：在核心筒墻體角部、框架梁端、柱端粘貼電阻應變片（共60片），測量構(gòu)件的應變分布；（2）位移測試：在每層樓面布置線性位移傳感器（LVDT），測量層間位移及頂點位移；（3）力值測試：通過作動器自帶的荷載傳感器測量水平加載力。3實驗過程與現(xiàn)象3.1預加載加載前，對試件進行預加載（荷載為5kN），檢查應變片、位移計及加載設(shè)備的工作狀態(tài)，確認無異常后開始正式加載。3.2彈性階段（層間位移角≤1/500）當加載至15kN時，核心筒墻體角部出現(xiàn)細微垂直裂縫（長度約20mm，寬度＜0.1mm）；框架梁、柱未出現(xiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，荷載-位移曲線呈線性關(guān)系。3.3彈塑性階段（層間位移角＞1/500）當加載至25kN（層間位移角≈1/300）時，核心筒墻體裂縫擴展至墻面中部，裂縫寬度增至0.2mm；框架梁端出現(xiàn)垂直裂縫；當加載至40kN（層間位移角≈1/150）時，核心筒墻體出現(xiàn)斜裂縫（與水平方向成45°），框架柱端出現(xiàn)水平裂縫；當加載至55kN（層間位移角≈1/100）時，框架梁端裂縫貫通，柱端出現(xiàn)塑性鉸，核心筒墻體裂縫密集，結(jié)構(gòu)進入彈塑性屈服階段。3.4破壞階段當加載至峰值荷載（62kN）后，荷載開始下降，核心筒墻體出現(xiàn)剪切破壞（裂縫寬度＞1mm），框架柱端塑性鉸充分發(fā)展，梁端混凝土出現(xiàn)壓碎現(xiàn)象。當荷載下降至53kN（峰值荷載的85%）時，停止加載，試件破壞。4實驗結(jié)果分析4.1荷載-位移曲線試件的頂點荷載-位移骨架曲線如圖2所示，曲線分為三個階段：彈性階段（O-A段）：曲線呈線性，斜率較大，對應結(jié)構(gòu)彈性變形；彈塑性階段（A-B段）：曲線斜率逐漸減小，對應結(jié)構(gòu)進入屈服狀態(tài)，塑性變形發(fā)展；下降段（B-C段）：曲線斜率為負，荷載隨位移增加而下降，對應結(jié)構(gòu)破壞。峰值荷載為62kN，對應頂點位移為120mm（層間位移角≈1/90）；極限位移為150mm（層間位移角≈1/70），滿足規(guī)范對高層建筑層間位移角（≤1/50）的要求。4.2應變分析（1）核心筒墻體：角部應變最大，達到混凝土的極限壓應變（3000με），墻體出現(xiàn)剪切破壞；（2）框架梁端：應變達到鋼筋屈服應變（1900με），梁端出現(xiàn)塑性鉸；（3）框架柱端：應變達到鋼筋屈服應變（1900με），柱端出現(xiàn)塑性鉸，但柱的破壞晚于梁，符合“強柱弱梁”的設(shè)計原則。4.3破壞機制結(jié)構(gòu)的破壞過程呈現(xiàn)“核心筒墻體開裂→框架梁端屈服→柱端塑性鉸形成”的漸進式破壞特征：核心筒墻體是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)構(gòu)件，首先出現(xiàn)裂縫，承擔了約60%的水平荷載；框架梁端次之，出現(xiàn)塑性鉸，承擔了約30%的水平荷載；框架柱端最后破壞，承擔了約10%的水平荷載。5結(jié)論與建議5.1結(jié)論（1）框架-核心筒結(jié)構(gòu)的抗震性能良好，破壞過程呈現(xiàn)漸進式特征，符合“強核心筒、強柱弱梁”的設(shè)計理念；（2）核心筒墻體是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)構(gòu)件，其抗剪性能直接影響結(jié)構(gòu)的整體抗震能力；（3）框架梁、柱的塑性鉸發(fā)展順序符合規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)的層間位移角滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的限值要求；（4）峰值荷載為62kN，極限位移為150mm，結(jié)構(gòu)具有較好的延性（延性系數(shù)≈3.5）。5.2設(shè)計建議（1）核心筒墻體設(shè)計時，應加強角部的抗剪配筋，提高墻體的剪切承載力；（2）框架梁端應采用封閉箍筋，增強梁端的塑性變形能力；（3）框架柱端應采用機械連接或焊接接頭，避免鋼筋搭接處出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)；（4）施工時，應確保核心筒墻體與框架梁、柱的連接質(zhì)量，保證協(xié)同工作。6參考文獻[1]建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB____）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.[2]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ____）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.[3]李國強.高層建筑結(jié)構(gòu)實驗[M].上海：同濟大學出版社，2005.7附錄（1）實驗原始數(shù)