底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的抗震性能與應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義地震災(zāi)害作為對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)安全和社會(huì)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅的自然災(zāi)害之一，具有突發(fā)性、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)。在過去的幾十年間，全球范圍內(nèi)發(fā)生了多起極具破壞力的地震，如1995年日本阪神地震、2008年中國汶川地震以及2011年日本東日本大地震等。這些地震給當(dāng)?shù)氐慕ㄖY(jié)構(gòu)帶來了毀滅性的打擊，導(dǎo)致大量建筑物倒塌、人員傷亡慘重以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。例如，在阪神地震中，許多傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)因無法有效抵抗地震力而嚴(yán)重受損，大量居民失去家園，經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇歷經(jīng)多年；汶川地震造成了超過8.7萬人遇難或失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)8451億元，眾多城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村的建筑幾乎被夷為平地，對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了難以估量的負(fù)面影響。建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能直接關(guān)系到地震發(fā)生時(shí)建筑物的安全以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)在面對(duì)強(qiáng)烈地震時(shí)，往往由于自身的局限性而難以有效地耗散地震能量，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞和倒塌。因此，開發(fā)和研究新型的抗震結(jié)構(gòu)體系成為了土木工程領(lǐng)域的重要課題。底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)作為一種新型的抗震結(jié)構(gòu)體系，融合了搖擺墻和屈曲約束支撐的優(yōu)點(diǎn)，為提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能提供了新的思路和方法。搖擺墻通過釋放墻底與基礎(chǔ)之間的約束，允許墻體在地震作用下發(fā)生豎向搖擺，從而改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，減少地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞。屈曲約束支撐則具有在受拉和受壓時(shí)都能屈服而不屈曲的特性，具備穩(wěn)定的滯回耗能能力和較大的延性，克服了傳統(tǒng)支撐受壓失穩(wěn)的缺點(diǎn)。將兩者結(jié)合形成的底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)，有望充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更好的抗震效果。對(duì)底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究具有重要的理論和實(shí)際意義。從理論角度來看，該結(jié)構(gòu)體系涉及到結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、地震工程學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，通過對(duì)其抗震性能、力學(xué)機(jī)理等方面的研究，可以進(jìn)一步豐富和完善結(jié)構(gòu)抗震理論，為新型抗震結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展提供理論支持。從實(shí)際應(yīng)用角度來看，這種結(jié)構(gòu)體系具有廣闊的應(yīng)用前景。在新建建筑中，采用底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)可以提高建筑物的抗震能力，降低地震風(fēng)險(xiǎn)，保障居民的生命財(cái)產(chǎn)安全；在既有建筑的抗震加固中，該結(jié)構(gòu)體系也能夠?yàn)樘岣攥F(xiàn)有建筑的抗震性能提供有效的技術(shù)手段，減少因地震造成的損失。此外，隨著城市化進(jìn)程的加速和人們對(duì)建筑安全要求的不斷提高，對(duì)新型抗震結(jié)構(gòu)體系的需求也日益迫切。研究底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)，對(duì)于推動(dòng)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高我國乃至全球的建筑抗震水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀搖擺墻結(jié)構(gòu)的概念最早由Housner博士于20世紀(jì)60年代提出，并應(yīng)用于日本東京工業(yè)大學(xué)G3樓（框架結(jié)構(gòu)）的抗震加固，此后便引發(fā)了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。在理論分析方面，國外學(xué)者Priestley采用響應(yīng)譜方法計(jì)算搖擺墻的位移，并通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)驗(yàn)證了搖擺墻耗能原理，為搖擺墻結(jié)構(gòu)的理論研究奠定了基礎(chǔ)。Wada的研究表明，搖擺結(jié)構(gòu)加固后的結(jié)構(gòu)層間變形均勻，且能夠抑制結(jié)構(gòu)的高階振型，進(jìn)一步揭示了搖擺結(jié)構(gòu)在改善結(jié)構(gòu)抗震性能方面的作用機(jī)制。國內(nèi)學(xué)者楊樹標(biāo)等通過對(duì)某4層框架結(jié)構(gòu)附加不同剛度的搖擺墻模型的分析，得出當(dāng)搖擺墻的剛度比大于6.8%時(shí)，結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定的整體破壞機(jī)制，為搖擺墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)。曲哲等通過對(duì)8層的搖擺墻-框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力彈塑性分析，驗(yàn)證了所建議的搖擺墻剛度計(jì)算公式的適用性和搖擺墻-框架結(jié)構(gòu)體系在結(jié)構(gòu)損傷機(jī)制控制方面的有效性，豐富了搖擺墻-框架結(jié)構(gòu)體系的理論分析方法。在試驗(yàn)研究領(lǐng)域，國外開展了一系列針對(duì)搖擺墻結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)。例如，一些試驗(yàn)研究了搖擺墻在不同地震波作用下的響應(yīng)特性，包括墻體的擺動(dòng)幅度、加速度響應(yīng)等，為深入了解搖擺墻的抗震性能提供了直接的數(shù)據(jù)支持。國內(nèi)方面，吳守君、潘鵬、張?chǎng)蔚忍岢隽丝蚣?搖擺墻結(jié)構(gòu)的分布參數(shù)模型，利用該模型分析了搖擺墻剛度對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移分布、搖擺墻和框架承載力需求的影響，并通過試驗(yàn)研究了搖擺墻在國內(nèi)某工程抗震加固改造中的應(yīng)用，提出了搖擺墻加固的具體方法以及連接的局部構(gòu)造，為搖擺墻結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在屈曲約束支撐方面，國外對(duì)其力學(xué)性能和滯回特性進(jìn)行了大量研究，明確了屈曲約束支撐在受拉和受壓時(shí)都能屈服而不屈曲，具有穩(wěn)定的滯回耗能能力和較大的延性等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)學(xué)者也對(duì)屈曲約束支撐進(jìn)行了深入研究，如研究其在不同結(jié)構(gòu)體系中的應(yīng)用效果，以及與其他構(gòu)件的協(xié)同工作性能等。在將屈曲約束支撐與搖擺墻框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合的研究中，馮玉龍等針對(duì)高層框架-搖擺墻結(jié)構(gòu)對(duì)剛度和強(qiáng)度要求嚴(yán)格的問題，提出了一種底部帶有屈曲約束支撐的連續(xù)搖擺墻結(jié)構(gòu)，通過動(dòng)力時(shí)程分析發(fā)現(xiàn)連續(xù)搖擺墻能夠很好地控制結(jié)構(gòu)層間變形，屈曲約束支撐承擔(dān)地震作用并充當(dāng)耗能減震裝置，與僅配置搖擺墻體系相比該墻體的彎矩和剪力分布更均勻；還針對(duì)框架搖擺墻結(jié)構(gòu)位移過大的問題，提出了墻體底部帶屈曲約束支撐（BRB）的搖擺墻結(jié)構(gòu)，研究表明在小震時(shí)搖擺墻作用類似于剪力墻，中震時(shí)結(jié)構(gòu)通過帶屈曲約束支撐（BRB）提供剛度以及滯回特性耗散地震能量，大震時(shí)帶屈曲約束支撐（BRB）屈服，搖擺墻搖擺。盡管國內(nèi)外學(xué)者對(duì)底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多方面的研究，但目前仍存在一些不足之處。一方面，對(duì)于該結(jié)構(gòu)體系在復(fù)雜地震動(dòng)作用下的動(dòng)力響應(yīng)和破壞機(jī)理的研究還不夠深入，特別是考慮多維地震作用以及行波效應(yīng)等因素時(shí)，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特性和破壞模式還需要進(jìn)一步的研究和探討。另一方面，在設(shè)計(jì)方法方面，雖然已經(jīng)提出了一些設(shè)計(jì)思路和方法，但尚未形成一套完善、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和方法，在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、構(gòu)件的選型與布置等方面還需要進(jìn)一步的研究和完善，以充分發(fā)揮該結(jié)構(gòu)體系的抗震優(yōu)勢(shì)。此外，對(duì)于該結(jié)構(gòu)體系在實(shí)際工程應(yīng)用中的經(jīng)濟(jì)性分析、施工工藝和質(zhì)量控制等方面的研究也相對(duì)較少，這在一定程度上限制了其在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究聚焦于底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)，旨在全面深入地剖析該結(jié)構(gòu)體系的各項(xiàng)性能與設(shè)計(jì)方法，為其在實(shí)際工程中的廣泛應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)與技術(shù)支持。具體研究?jī)?nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：結(jié)構(gòu)原理與力學(xué)性能研究：深入解析底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)成與工作原理，詳細(xì)分析其在地震作用下的力學(xué)性能，包括內(nèi)力分布、變形特征等。精確計(jì)算搖擺墻的剛度、屈曲約束支撐的承載力等關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)，深入探究這些參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能的影響規(guī)律。通過理論推導(dǎo)和數(shù)值模擬，深入分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力特點(diǎn)和傳力路徑，揭示結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理，明確結(jié)構(gòu)各部分在抗震過程中的作用和協(xié)同工作機(jī)制。抗震性能研究：運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)值模擬技術(shù)，借助專業(yè)的結(jié)構(gòu)分析軟件，建立底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的精細(xì)化模型。對(duì)模型施加多種不同的地震波進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，全面研究結(jié)構(gòu)在不同地震動(dòng)強(qiáng)度和頻譜特性下的動(dòng)力響應(yīng)，如位移、加速度、層間位移角等。深入分析結(jié)構(gòu)的破壞模式和失效機(jī)制，明確結(jié)構(gòu)在地震作用下的薄弱部位和潛在風(fēng)險(xiǎn)，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供針對(duì)性的改進(jìn)建議。同時(shí)，通過與傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)和其他抗震結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行對(duì)比分析，突出底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在抗震性能方面的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。設(shè)計(jì)方法研究：在深入研究結(jié)構(gòu)抗震性能和力學(xué)機(jī)理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和方法。針對(duì)結(jié)構(gòu)的不同設(shè)計(jì)參數(shù)，如搖擺墻的布置位置、數(shù)量、尺寸，屈曲約束支撐的類型、規(guī)格、布置方式等，開展優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在滿足抗震要求的前提下，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理、性能最優(yōu)的目標(biāo)。提出適用于底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程和計(jì)算方法，包括結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算、構(gòu)件設(shè)計(jì)、連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等，為工程設(shè)計(jì)人員提供具體、可操作的設(shè)計(jì)指南。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)證和應(yīng)用，確保設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性。試驗(yàn)研究：為了進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值模擬和理論分析的結(jié)果，開展底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)并制作縮尺模型，模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力情況，通過試驗(yàn)測(cè)量結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)變、加速度等響應(yīng)數(shù)據(jù)，獲取結(jié)構(gòu)的真實(shí)力學(xué)性能和抗震性能。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬和理論分析結(jié)果，評(píng)估理論模型和計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和可靠性，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析提供更直接、更可靠的依據(jù)。同時(shí)，通過試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在實(shí)際受力過程中可能出現(xiàn)的問題和不足，為結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在研究方法上，本研究綜合運(yùn)用多種手段，確保研究的全面性、深入性和可靠性：數(shù)值模擬：利用通用有限元軟件，如ABAQUS、ANSYS等，建立底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的三維有限元模型。在模型中精確考慮結(jié)構(gòu)的材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等因素，模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的復(fù)雜力學(xué)行為。通過對(duì)模型進(jìn)行不同工況下的數(shù)值分析，獲取結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形、應(yīng)力等響應(yīng)信息，為結(jié)構(gòu)性能研究提供豐富的數(shù)據(jù)支持。數(shù)值模擬方法具有高效、靈活、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)Σ煌O(shè)計(jì)參數(shù)和地震工況進(jìn)行快速分析，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力工具。理論分析：基于結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、地震工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本理論，對(duì)底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論推導(dǎo)和分析。建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，推導(dǎo)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算公式、變形協(xié)調(diào)方程等，從理論層面深入理解結(jié)構(gòu)的工作原理和力學(xué)性能。通過理論分析，揭示結(jié)構(gòu)各部分之間的相互作用關(guān)系和抗震機(jī)理，為數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的建立提供理論依據(jù)。試驗(yàn)研究：開展縮尺模型試驗(yàn)，按照相似理論設(shè)計(jì)并制作底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的縮尺模型。采用電液伺服加載系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行模擬地震加載，通過布置在模型上的傳感器測(cè)量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過程中，實(shí)時(shí)觀察模型的變形和破壞形態(tài)，記錄試驗(yàn)現(xiàn)象。試驗(yàn)研究能夠直接獲取結(jié)構(gòu)在實(shí)際受力情況下的性能數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)值模擬和理論分析的結(jié)果，為結(jié)構(gòu)的研究提供真實(shí)可靠的依據(jù)。同時(shí)，試驗(yàn)研究還可以發(fā)現(xiàn)一些數(shù)值模擬和理論分析難以考慮到的因素和問題，為結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究和改進(jìn)提供方向。二、結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn)2.1搖擺墻框架結(jié)構(gòu)概述2.1.1搖擺墻結(jié)構(gòu)的定義與分類搖擺墻結(jié)構(gòu)是一種新型的抗震結(jié)構(gòu)形式，其定義為在地震作用下，墻體底部與基礎(chǔ)之間通過特定的連接方式，允許墻體發(fā)生豎向搖擺運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系的核心思想是通過釋放墻底與基礎(chǔ)之間的約束，使墻體能夠在地震力的作用下產(chǎn)生搖擺，從而改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，達(dá)到耗散地震能量、減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的。搖擺墻結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，為建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提供了一種全新的思路和方法。根據(jù)搖擺墻的布置方式和與框架結(jié)構(gòu)的連接形式，搖擺墻結(jié)構(gòu)可分為多種類型。常見的有單一搖擺墻和并置搖擺墻。單一搖擺墻結(jié)構(gòu)是指在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置單個(gè)搖擺墻，該搖擺墻獨(dú)立承擔(dān)部分地震力，并通過自身的搖擺運(yùn)動(dòng)來耗散能量。這種結(jié)構(gòu)形式適用于一些對(duì)空間要求較高、建筑平面較為規(guī)則的建筑，如小型辦公樓、教學(xué)樓等。在這些建筑中，單一搖擺墻可以有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，同時(shí)不會(huì)對(duì)建筑內(nèi)部空間造成過多的影響。并置搖擺墻結(jié)構(gòu)則是在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置多個(gè)并列的搖擺墻，這些搖擺墻協(xié)同工作，共同承擔(dān)地震力。并置搖擺墻結(jié)構(gòu)能夠提供更大的側(cè)向剛度和耗能能力，適用于高層建筑、大型商業(yè)建筑等對(duì)抗震性能要求較高的建筑。例如，在一些超高層建筑中，通過合理布置并置搖擺墻，可以顯著提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力，確保在強(qiáng)烈地震作用下結(jié)構(gòu)的安全。此外，根據(jù)搖擺墻與框架結(jié)構(gòu)的連接方式，還可分為鉸接搖擺墻和滑動(dòng)連接搖擺墻等。鉸接搖擺墻通過鉸節(jié)點(diǎn)與框架連接，允許墻體在一定范圍內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其受力明確，傳力路徑簡(jiǎn)單；滑動(dòng)連接搖擺墻則通過滑動(dòng)裝置與框架連接，在地震作用下，墻體可以沿著滑動(dòng)面相對(duì)框架滑動(dòng)，這種連接方式能夠更好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變形，減少連接部位的應(yīng)力集中。不同類型的搖擺墻結(jié)構(gòu)具有各自的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)建筑的功能需求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及場(chǎng)地條件等因素進(jìn)行綜合考慮，選擇合適的搖擺墻結(jié)構(gòu)類型，以實(shí)現(xiàn)最佳的抗震效果。2.1.2搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的組成與工作原理搖擺墻框架結(jié)構(gòu)主要由框架、搖擺墻以及兩者之間的連接節(jié)點(diǎn)組成?？蚣茏鳛榻Y(jié)構(gòu)的豎向承重體系，承擔(dān)著建筑物的豎向荷載，同時(shí)也在一定程度上參與抵抗水平地震力?？蚣芡ǔＳ闪?、柱等構(gòu)件組成，通過節(jié)點(diǎn)的連接形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)體系。在地震作用下，框架構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力和變形，其剛度和強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性能有著重要影響。搖擺墻是該結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵組成部分，主要承擔(dān)水平地震力，并通過自身的搖擺運(yùn)動(dòng)來耗散地震能量。搖擺墻一般采用鋼筋混凝土或鋼材等材料制成，具有較高的強(qiáng)度和剛度。為了實(shí)現(xiàn)搖擺墻的搖擺功能，其底部與基礎(chǔ)之間采用特殊的連接構(gòu)造，如設(shè)置鉸支座、滑動(dòng)支座等，使得墻體在地震作用下能夠繞著這些支座發(fā)生豎向搖擺。連接節(jié)點(diǎn)則是實(shí)現(xiàn)框架與搖擺墻協(xié)同工作的重要環(huán)節(jié)，它不僅要傳遞兩者之間的內(nèi)力，還要保證搖擺墻能夠自由搖擺，同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)在正常使用和地震作用下的變形要求。連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造需要充分考慮節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度、剛度、延性以及抗震性能等因素，以確保結(jié)構(gòu)的整體性和可靠性。在地震作用下，搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的工作原理基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和能量守恒原理。當(dāng)?shù)卣鸩▊鱽頃r(shí)，結(jié)構(gòu)受到水平地震力的作用，框架和搖擺墻共同抵抗地震力。由于搖擺墻底部與基礎(chǔ)之間的約束被釋放，在水平地震力的作用下，搖擺墻會(huì)繞著底部的鉸支座或滑動(dòng)支座發(fā)生豎向搖擺運(yùn)動(dòng)。這種搖擺運(yùn)動(dòng)使得搖擺墻產(chǎn)生慣性力，該慣性力與地震力相互作用，改變了結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。在搖擺過程中，搖擺墻的重心發(fā)生上下移動(dòng)，產(chǎn)生重力勢(shì)能的變化；同時(shí)，搖擺墻的擺動(dòng)還會(huì)產(chǎn)生動(dòng)能。這些能量的變化過程伴隨著結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力重分布，使得結(jié)構(gòu)能夠有效地耗散地震能量，減小地震對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞作用。從能量耗散機(jī)制來看，搖擺墻框架結(jié)構(gòu)主要通過以下幾種方式耗散地震能量：一是搖擺墻的搖擺運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦耗能。在搖擺墻與基礎(chǔ)或框架的連接部位，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生摩擦力，摩擦力做功將地震能量轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)能量的耗散。二是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性變形耗能。在地震作用下，框架和搖擺墻的部分構(gòu)件可能會(huì)進(jìn)入塑性階段，產(chǎn)生塑性變形。塑性變形是一種不可逆的變形過程，伴隨著能量的消耗，通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的塑性變形，可以有效地吸收和耗散地震能量。三是通過設(shè)置耗能裝置，如阻尼器等，進(jìn)一步增加結(jié)構(gòu)的耗能能力。這些耗能裝置在地震作用下能夠產(chǎn)生較大的阻尼力，消耗地震能量，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。例如，在一些工程中，在搖擺墻與框架之間設(shè)置粘滯阻尼器，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，阻尼器產(chǎn)生的阻尼力可以有效地抑制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，減少結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應(yīng)，從而達(dá)到更好的抗震效果。2.2屈曲約束支撐的特性與作用2.2.1屈曲約束支撐的工作機(jī)制屈曲約束支撐（BucklingRestrainedBrace，簡(jiǎn)稱BRB）是一種新型的耗能減震構(gòu)件，其構(gòu)造通常由核心單元、約束單元和連接節(jié)點(diǎn)三部分組成。核心單元是屈曲約束支撐的主要受力部分，一般采用低屈服點(diǎn)鋼材制作，如Q235、Q345等。這些鋼材具有良好的延性和耗能能力，能夠在地震作用下通過塑性變形耗散大量能量。約束單元?jiǎng)t用于限制核心單元在受壓時(shí)的屈曲變形，通常采用鋼管、混凝土或其他材料制成。約束單元與核心單元之間通過滑動(dòng)機(jī)制或其他方式連接，以確保核心單元在受力時(shí)能夠自由伸縮，同時(shí)又能有效地約束其屈曲變形。連接節(jié)點(diǎn)則是將屈曲約束支撐與主體結(jié)構(gòu)連接在一起的關(guān)鍵部件，其設(shè)計(jì)和構(gòu)造需要滿足傳力可靠、連接牢固等要求。屈曲約束支撐的工作機(jī)制基于其獨(dú)特的構(gòu)造設(shè)計(jì)。在地震作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平位移，屈曲約束支撐受到軸向力的作用。當(dāng)軸向力較小時(shí)，核心單元處于彈性階段，支撐主要通過彈性變形來抵抗外力。隨著軸向力的逐漸增大，核心單元達(dá)到屈服強(qiáng)度，進(jìn)入塑性變形階段。此時(shí)，核心單元開始通過塑性變形耗散地震能量，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。由于約束單元的存在，核心單元在受壓時(shí)不會(huì)發(fā)生屈曲失穩(wěn)，能夠保持穩(wěn)定的受力性能。在整個(gè)受力過程中，屈曲約束支撐能夠在拉壓兩個(gè)方向上都表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能，克服了傳統(tǒng)支撐受壓屈曲的缺點(diǎn)。以一個(gè)典型的屈曲約束支撐為例，假設(shè)其核心單元采用一字形截面的低屈服點(diǎn)鋼材，約束單元為鋼管內(nèi)填充混凝土。在地震作用下，當(dāng)支撐受到拉力時(shí)，核心單元直接承受拉力，通過鋼材的拉伸變形來抵抗外力。當(dāng)支撐受到壓力時(shí)，鋼管和內(nèi)部填充的混凝土共同作用，對(duì)核心單元提供側(cè)向約束，限制其屈曲變形。核心單元在受壓時(shí)能夠均勻地發(fā)生塑性變形，而不會(huì)出現(xiàn)局部屈曲現(xiàn)象，從而保證了支撐在受壓時(shí)也能有效地耗散能量。這種工作機(jī)制使得屈曲約束支撐在地震作用下能夠穩(wěn)定地工作，為結(jié)構(gòu)提供可靠的抗側(cè)力和耗能能力。2.2.2在搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中的作用在底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中，屈曲約束支撐發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，對(duì)提高結(jié)構(gòu)的抗震性能具有顯著影響。首先，屈曲約束支撐能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)提供額外的抗側(cè)剛度。在地震作用下，結(jié)構(gòu)需要足夠的抗側(cè)剛度來抵抗水平地震力，減少結(jié)構(gòu)的水平位移。屈曲約束支撐具有較高的軸向剛度，在結(jié)構(gòu)中布置屈曲約束支撐后，能夠有效地增加結(jié)構(gòu)的整體抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形得到有效控制。例如，在一個(gè)多高層的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中，通過合理布置屈曲約束支撐，可以顯著減小結(jié)構(gòu)在水平地震作用下的層間位移角，滿足結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求。這對(duì)于保證結(jié)構(gòu)在地震中的安全性和穩(wěn)定性具有重要意義，能夠避免因結(jié)構(gòu)過大變形而導(dǎo)致的構(gòu)件破壞和結(jié)構(gòu)倒塌。其次，屈曲約束支撐在地震作用下能夠耗散大量的地震能量。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到地震力作用時(shí)，屈曲約束支撐的核心單元會(huì)發(fā)生屈服，進(jìn)入塑性變形階段。在塑性變形過程中，核心單元通過材料的內(nèi)部摩擦和微觀結(jié)構(gòu)變化，將地震能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量，從而實(shí)現(xiàn)能量的耗散。這種耗能機(jī)制能夠有效地降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)免受嚴(yán)重破壞。例如，在一次模擬地震試驗(yàn)中，安裝有屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)，在地震作用下屈曲約束支撐率先屈服耗能，使得結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)明顯減小，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷程度也大大降低。與未設(shè)置屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)相比，設(shè)置屈曲約束支撐的結(jié)構(gòu)在地震后的殘余變形更小，更容易修復(fù)和繼續(xù)使用。此外，屈曲約束支撐還能夠改善結(jié)構(gòu)的受力性能。在搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中，搖擺墻在地震作用下會(huì)發(fā)生豎向搖擺，產(chǎn)生慣性力和彎矩。屈曲約束支撐可以通過自身的受力來平衡這些力，調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，使結(jié)構(gòu)的受力更加均勻合理。例如，在一些復(fù)雜的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中，屈曲約束支撐能夠有效地分擔(dān)搖擺墻和框架所承受的地震力，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中和薄弱部位，提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力和抗震性能。同時(shí)，屈曲約束支撐還可以在一定程度上減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，使結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)更加協(xié)調(diào)，進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震可靠性。2.3底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.3.1協(xié)同工作機(jī)制底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)是一個(gè)協(xié)同工作的有機(jī)整體，各部分在地震作用下相互配合，共同抵抗地震力，其協(xié)同工作機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：搖擺墻與框架的協(xié)同：在地震作用初期，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，搖擺墻和框架共同承擔(dān)水平地震力。搖擺墻由于其較大的側(cè)向剛度，承擔(dān)了大部分的水平地震力，框架則起到輔助支撐和傳遞豎向荷載的作用。隨著地震作用的增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，搖擺墻開始繞底部的鉸支座或滑動(dòng)支座發(fā)生豎向搖擺運(yùn)動(dòng)。在搖擺過程中，搖擺墻產(chǎn)生慣性力，該慣性力通過連接節(jié)點(diǎn)傳遞給框架，使得框架與搖擺墻之間產(chǎn)生相互作用?？蚣芡ㄟ^自身的變形來協(xié)調(diào)搖擺墻的搖擺運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也分擔(dān)了部分搖擺墻傳遞過來的地震力，兩者協(xié)同工作，共同抵抗地震作用。例如，在一個(gè)6層的底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)?shù)卣鹱饔冒l(fā)生時(shí)，底層的搖擺墻首先承受較大的水平地震力，隨著地震力的增大，搖擺墻開始搖擺，其產(chǎn)生的慣性力通過連接節(jié)點(diǎn)傳遞給框架的梁和柱，框架的梁和柱發(fā)生彎曲變形，與搖擺墻共同抵抗地震力，使得結(jié)構(gòu)在地震作用下保持穩(wěn)定。屈曲約束支撐與搖擺墻、框架的協(xié)同：屈曲約束支撐在結(jié)構(gòu)中起到了關(guān)鍵的協(xié)同作用。在小震作用下，結(jié)構(gòu)變形較小，屈曲約束支撐處于彈性階段，為結(jié)構(gòu)提供額外的抗側(cè)剛度，與搖擺墻和框架一起抵抗地震力，使結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力分布更加合理。當(dāng)中震作用時(shí)，屈曲約束支撐開始屈服，進(jìn)入塑性變形階段，通過自身的滯回耗能來耗散地震能量，減輕搖擺墻和框架的負(fù)擔(dān)。同時(shí)，屈曲約束支撐的屈服變形也能夠調(diào)整結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，使搖擺墻和框架的受力更加均勻。在大震作用下，屈曲約束支撐充分發(fā)揮其耗能能力，大量耗散地震能量，保護(hù)搖擺墻和框架避免發(fā)生嚴(yán)重破壞。此時(shí)，搖擺墻的搖擺運(yùn)動(dòng)也達(dá)到較大幅度，通過自身的重力勢(shì)能和動(dòng)能變化進(jìn)一步耗散地震能量，框架則在一定程度上維持結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，三者相互協(xié)同，共同保障結(jié)構(gòu)在大震下的安全。例如，在一次模擬大震試驗(yàn)中，安裝有屈曲約束支撐的底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)，在地震作用下，屈曲約束支撐率先屈服耗能，有效地降低了搖擺墻和框架所承受的地震力，使得結(jié)構(gòu)的位移和加速度響應(yīng)明顯減小，結(jié)構(gòu)在地震后的殘余變形也較小，能夠較好地保持其承載能力。傳力路徑的協(xié)同：在底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中，地震力的傳遞路徑清晰且協(xié)同有序。地震力首先通過結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)傳遞到框架和搖擺墻，搖擺墻承擔(dān)大部分水平地震力，并通過其底部的鉸支座或滑動(dòng)支座將力傳遞給基礎(chǔ)。同時(shí)，搖擺墻在搖擺過程中產(chǎn)生的慣性力通過連接節(jié)點(diǎn)傳遞給框架，框架通過梁、柱等構(gòu)件將力傳遞到基礎(chǔ)。屈曲約束支撐則在整個(gè)傳力過程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形和受力狀態(tài)，適時(shí)地分擔(dān)地震力，并將力傳遞到框架和基礎(chǔ)。這種傳力路徑的協(xié)同作用，使得結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠有效地分配內(nèi)力，避免局部應(yīng)力集中，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。例如，在一個(gè)復(fù)雜的底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)中，地震力通過不同的傳力路徑在結(jié)構(gòu)各部分之間傳遞，搖擺墻、框架和屈曲約束支撐相互配合，共同完成地震力的傳遞和抵抗，使得結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠保持良好的工作性能。2.3.2優(yōu)勢(shì)分析與傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)以及其他一些抗震結(jié)構(gòu)體系相比，底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在抗震性能、變形能力、耗能能力等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)：卓越的抗震性能：底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)通過搖擺墻和屈曲約束支撐的協(xié)同作用，能夠有效地減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的地震響應(yīng)。搖擺墻的搖擺運(yùn)動(dòng)改變了結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，使得結(jié)構(gòu)的地震力分布更加均勻，避免了結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中和薄弱部位。屈曲約束支撐則在地震作用下能夠穩(wěn)定地耗能，降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)免受嚴(yán)重破壞。與傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)體系在相同地震作用下，結(jié)構(gòu)的位移、加速度和層間位移角等響應(yīng)指標(biāo)明顯減小，抗震性能得到顯著提升。例如，在對(duì)某一相同規(guī)模的傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)和底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震模擬分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的最大層間位移角達(dá)到了1/50，而底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的最大層間位移角僅為1/100，結(jié)構(gòu)的抗震性能得到了大幅提高。良好的變形能力：該結(jié)構(gòu)體系具有良好的變形能力，能夠適應(yīng)地震作用下的大變形需求。搖擺墻的豎向搖擺運(yùn)動(dòng)使得結(jié)構(gòu)在水平方向上具有較大的變形能力，同時(shí)屈曲約束支撐在受拉和受壓時(shí)都能屈服而不屈曲，具有較大的延性，能夠有效地吸收和耗散地震能量，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的變形能力。相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠發(fā)生更大的變形而不發(fā)生倒塌，為人員疏散和救援提供了更多的時(shí)間和空間。例如，在一些實(shí)際地震災(zāi)害中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在地震作用下由于變形能力不足而發(fā)生倒塌，造成了大量人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失；而采用底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的建筑，在地震中雖然發(fā)生了較大變形，但結(jié)構(gòu)依然保持穩(wěn)定，人員得以安全疏散，減少了災(zāi)害損失。強(qiáng)大的耗能能力：底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)具備強(qiáng)大的耗能能力，這是其抗震性能優(yōu)越的重要原因之一。搖擺墻在搖擺過程中通過重力勢(shì)能和動(dòng)能的變化來耗散地震能量，同時(shí)，屈曲約束支撐在地震作用下的塑性變形能夠大量耗散地震能量。其滯回曲線飽滿，耗能效率高，能夠有效地降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。與其他一些抗震結(jié)構(gòu)體系相比，底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在相同地震作用下能夠耗散更多的地震能量，從而更好地保護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)部人員及設(shè)備的安全。例如，在試驗(yàn)研究中，對(duì)底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)和普通框架-剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的耗能能力比普通框架-剪力墻結(jié)構(gòu)提高了30%以上，結(jié)構(gòu)的抗震性能得到了明顯增強(qiáng)。震后可恢復(fù)性好：由于底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在地震作用下主要通過搖擺墻的搖擺和屈曲約束支撐的耗能來抵抗地震力，結(jié)構(gòu)主體構(gòu)件的損傷相對(duì)較小。在地震過后，只需對(duì)屈曲約束支撐等耗能構(gòu)件進(jìn)行檢查和更換，就可以使結(jié)構(gòu)恢復(fù)到正常使用狀態(tài)，具有良好的震后可恢復(fù)性。這與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)在地震后往往需要進(jìn)行大規(guī)模的修復(fù)和加固相比，大大降低了震后修復(fù)成本和時(shí)間，有利于震后社會(huì)的快速恢復(fù)和重建。例如，在一些采用底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的建筑中，在經(jīng)歷中等強(qiáng)度地震后，經(jīng)過簡(jiǎn)單的檢查和更換部分屈曲約束支撐，結(jié)構(gòu)就能夠迅速恢復(fù)使用，減少了因建筑損壞而帶來的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。三、抗震性能分析3.1抗震性能指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法抗震性能指標(biāo)是衡量建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下性能優(yōu)劣的關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)，常用的抗震性能指標(biāo)包括以下幾類：層間位移角：層間位移角是指相鄰兩層之間的相對(duì)水平位移與層高的比值，它反映了結(jié)構(gòu)在水平地震作用下的層間變形程度，是衡量結(jié)構(gòu)整體變形能力和抗震性能的重要指標(biāo)。在地震作用下，過大的層間位移角可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損壞、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞以及結(jié)構(gòu)的倒塌。對(duì)于底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)，合理控制層間位移角可以確保結(jié)構(gòu)在地震中的安全性和完整性。根據(jù)相關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，不同類型和高度的建筑結(jié)構(gòu)對(duì)層間位移角都有相應(yīng)的限值要求。例如，在多高層建筑中，一般要求在多遇地震作用下，層間位移角不應(yīng)超過1/550（框架結(jié)構(gòu)）或1/800（框架-剪力墻結(jié)構(gòu)）等，底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)也應(yīng)滿足相應(yīng)的規(guī)范要求，并盡可能使層間位移角控制在較小的范圍內(nèi)，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。加速度響應(yīng)：加速度響應(yīng)是指結(jié)構(gòu)在地震作用下各部位產(chǎn)生的加速度大小，它直接反映了結(jié)構(gòu)在地震中的振動(dòng)劇烈程度。結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)過大，會(huì)使結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受較大的慣性力，增加構(gòu)件的內(nèi)力和變形，從而可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。通過監(jiān)測(cè)和分析底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度響應(yīng)，可以評(píng)估結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和抗震性能。在實(shí)際工程中，通常使用加速度傳感器來測(cè)量結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)。例如，在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，如樓層的頂部、底部以及不同高度的樓層處布置加速度傳感器，記錄結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度時(shí)程曲線。通過對(duì)這些曲線的分析，可以得到結(jié)構(gòu)的最大加速度響應(yīng)、加速度反應(yīng)譜等參數(shù)，進(jìn)而評(píng)估結(jié)構(gòu)在地震中的受力狀態(tài)和抗震性能。能量耗散：能量耗散是結(jié)構(gòu)抗震性能的重要體現(xiàn)，它反映了結(jié)構(gòu)在地震作用下消耗地震能量的能力。底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)主要通過搖擺墻的搖擺運(yùn)動(dòng)和屈曲約束支撐的塑性變形來耗散地震能量。能量耗散能力越強(qiáng)，結(jié)構(gòu)在地震中的地震響應(yīng)就越小，結(jié)構(gòu)的抗震性能也就越好。常用的能量耗散指標(biāo)包括滯回耗能、等效粘滯阻尼比等。滯回耗能是指結(jié)構(gòu)在反復(fù)加載作用下滯回曲線所包圍的面積，它直觀地反映了結(jié)構(gòu)在一個(gè)加載循環(huán)中消耗的能量。等效粘滯阻尼比則是將結(jié)構(gòu)的耗能等效為粘滯阻尼系統(tǒng)的耗能，通過計(jì)算等效粘滯阻尼比可以評(píng)估結(jié)構(gòu)的耗能能力。在實(shí)際分析中，可以通過數(shù)值模擬或試驗(yàn)的方法得到結(jié)構(gòu)的滯回曲線，進(jìn)而計(jì)算出滯回耗能和等效粘滯阻尼比。例如，在結(jié)構(gòu)的擬靜力試驗(yàn)中，對(duì)結(jié)構(gòu)施加反復(fù)的水平荷載，記錄結(jié)構(gòu)的力-位移曲線，通過對(duì)該曲線的積分計(jì)算滯回耗能，再根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算等效粘滯阻尼比。構(gòu)件內(nèi)力：構(gòu)件內(nèi)力是指結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下所承受的軸力、彎矩、剪力等內(nèi)力。合理的構(gòu)件內(nèi)力分布可以確保結(jié)構(gòu)各部分協(xié)同工作，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)的承載能力。如果構(gòu)件內(nèi)力過大，可能導(dǎo)致構(gòu)件的破壞，從而影響結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。對(duì)于底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)，需要分析框架梁、柱、搖擺墻以及屈曲約束支撐等構(gòu)件在地震作用下的內(nèi)力分布情況，確保各構(gòu)件的內(nèi)力不超過其承載能力。在設(shè)計(jì)過程中，通常采用結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)的方法計(jì)算構(gòu)件內(nèi)力，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。例如，對(duì)于框架梁，需要計(jì)算其在地震作用下的彎矩和剪力，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范或鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行截面設(shè)計(jì)和配筋計(jì)算，以確?？蚣芰涸诘卣鹬械陌踩?。評(píng)價(jià)底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能的方法主要有以下幾種：理論分析方法：基于結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)和地震工程學(xué)的基本理論，建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，推導(dǎo)結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力、變形計(jì)算公式，分析結(jié)構(gòu)的抗震性能。這種方法具有理論性強(qiáng)、計(jì)算精度較高的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，計(jì)算過程可能較為繁瑣。例如，采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)構(gòu)在地震作用下的內(nèi)力和位移，該方法通過將結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分解為多個(gè)振型的疊加，分別計(jì)算每個(gè)振型的響應(yīng)，然后通過一定的組合規(guī)則得到結(jié)構(gòu)的總響應(yīng)。在計(jì)算過程中，需要考慮結(jié)構(gòu)的自振周期、振型參與系數(shù)等參數(shù)，這些參數(shù)的準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)于評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能至關(guān)重要。數(shù)值模擬方法：利用有限元分析軟件，如ABAQUS、ANSYS等，建立底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的三維模型，考慮材料非線性、幾何非線性和接觸非線性等因素，模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的力學(xué)行為，分析結(jié)構(gòu)的抗震性能。數(shù)值模擬方法具有直觀、靈活、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)不同工況下的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行快速分析。例如，在ABAQUS軟件中，通過定義材料的本構(gòu)關(guān)系、單元類型、邊界條件和加載方式等參數(shù)，建立結(jié)構(gòu)的有限元模型。然后對(duì)模型施加不同的地震波，進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變等響應(yīng)結(jié)果，從而全面評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能。試驗(yàn)研究方法：通過制作結(jié)構(gòu)的縮尺模型，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬地震加載試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)數(shù)據(jù)，觀察結(jié)構(gòu)的破壞模式，直接評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能。試驗(yàn)研究方法能夠真實(shí)地反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的力學(xué)行為，但試驗(yàn)成本較高，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，且受到試驗(yàn)條件的限制。例如，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，將縮尺模型放置在振動(dòng)臺(tái)上，通過振動(dòng)臺(tái)模擬不同的地震波，對(duì)模型施加水平和豎向地震作用，同時(shí)使用傳感器測(cè)量模型的位移、加速度、應(yīng)變等響應(yīng)數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)過程中，實(shí)時(shí)觀察模型的變形和破壞形態(tài)，記錄試驗(yàn)現(xiàn)象，為評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能提供直接的依據(jù)。3.2數(shù)值模擬分析3.2.1建立模型為深入研究底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，以某實(shí)際8層商業(yè)建筑為例，運(yùn)用通用有限元軟件ABAQUS建立其數(shù)值模型。該建筑平面尺寸為50m×30m，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，柱網(wǎng)尺寸為8m×6m，框架梁截面尺寸為300mm×600mm，框架柱截面尺寸為600mm×600mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，鋼材采用HRB400。在結(jié)構(gòu)的四個(gè)角部設(shè)置底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻，搖擺墻厚度為300mm，高度與建筑層高相同，為3.6m。屈曲約束支撐采用Q235鋼材，核心單元截面尺寸為100mm×10mm，約束單元為鋼管，外徑150mm，壁厚5mm。在建模過程中，對(duì)模型進(jìn)行了以下假設(shè)：首先，忽略結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接節(jié)點(diǎn)的柔性，將節(jié)點(diǎn)視為剛性連接，以簡(jiǎn)化計(jì)算模型，提高計(jì)算效率，同時(shí)也能在一定程度上反映結(jié)構(gòu)的主要受力特性。其次，不考慮地基與基礎(chǔ)的相互作用，將基礎(chǔ)視為固定端，這是在很多建筑結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬中常用的假設(shè)方法，便于集中研究上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。此外，假定材料為理想彈塑性材料，即材料在屈服前遵循胡克定律，呈彈性狀態(tài)，屈服后應(yīng)力保持不變，應(yīng)變持續(xù)增加，這種假設(shè)能夠較為簡(jiǎn)便地描述材料在地震作用下的力學(xué)行為，為后續(xù)的分析提供了基礎(chǔ)。利用ABAQUS軟件中的實(shí)體單元對(duì)框架梁、柱、搖擺墻以及屈曲約束支撐進(jìn)行模擬。對(duì)于框架梁和柱，采用C3D8R單元，該單元具有較好的計(jì)算精度和收斂性，能夠準(zhǔn)確模擬梁、柱在彎曲、剪切等受力狀態(tài)下的力學(xué)行為。對(duì)于搖擺墻，同樣采用C3D8R單元，以充分考慮其在平面內(nèi)和平面外的受力特性。屈曲約束支撐的核心單元采用T3D2單元，該單元能夠準(zhǔn)確模擬軸向受力構(gòu)件的力學(xué)性能，約束單元?jiǎng)t采用C3D8R單元，通過定義合適的接觸關(guān)系來模擬核心單元與約束單元之間的相互作用。在定義材料本構(gòu)關(guān)系時(shí)，混凝土采用塑性損傷模型，考慮混凝土在受壓和受拉狀態(tài)下的非線性行為，包括開裂、壓碎等現(xiàn)象，能夠較為真實(shí)地反映混凝土在地震作用下的力學(xué)性能變化。鋼材采用雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型，考慮鋼材的屈服、強(qiáng)化等特性，準(zhǔn)確描述鋼材在反復(fù)加載作用下的滯回行為。為保證數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分。在劃分網(wǎng)格時(shí)，遵循一定的原則，對(duì)于關(guān)鍵部位和應(yīng)力集中區(qū)域，如搖擺墻與框架的連接節(jié)點(diǎn)、屈曲約束支撐與框架的連接部位等，采用較小的網(wǎng)格尺寸，以提高計(jì)算精度；對(duì)于其他部位，在保證計(jì)算精度的前提下，適當(dāng)增大網(wǎng)格尺寸，以減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。通過反復(fù)調(diào)試和對(duì)比分析，最終確定框架梁、柱和搖擺墻的網(wǎng)格尺寸為200mm，屈曲約束支撐的網(wǎng)格尺寸為50mm。同時(shí)，在模型中施加合適的邊界條件，將基礎(chǔ)底面的所有自由度進(jìn)行約束，模擬實(shí)際工程中基礎(chǔ)的固定狀態(tài)；在結(jié)構(gòu)頂部施加水平地震作用，模擬地震波對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。此外，為了模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)，采用隱式動(dòng)力分析方法，設(shè)置合適的時(shí)間步長(zhǎng)，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。3.2.2模擬結(jié)果與分析對(duì)建立的底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模型，分別輸入EI-Centro波、Taft波和Northridge波三種典型的地震波進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析，地震波的峰值加速度調(diào)整為0.2g，模擬結(jié)構(gòu)在7度（0.15g）和8度（0.30g）設(shè)防烈度下的地震響應(yīng)。從位移分布結(jié)果來看，在不同地震波作用下，結(jié)構(gòu)的水平位移沿高度方向逐漸增大，呈現(xiàn)出典型的彎曲型變形特征。在7度設(shè)防烈度下，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角出現(xiàn)在頂層，約為1/800，滿足規(guī)范要求的1/550限值。設(shè)置底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻后，結(jié)構(gòu)的層間位移角得到了有效控制，相較于未設(shè)置搖擺墻和屈曲約束支撐的純框架結(jié)構(gòu)，層間位移角減小了約30%。這表明搖擺墻和屈曲約束支撐協(xié)同工作，為結(jié)構(gòu)提供了額外的抗側(cè)剛度，有效減小了結(jié)構(gòu)的水平位移。在8度設(shè)防烈度下，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角有所增大，但仍能滿足規(guī)范要求，約為1/600。此時(shí)，屈曲約束支撐開始發(fā)揮明顯的耗能作用，通過自身的塑性變形耗散地震能量，進(jìn)一步減小了結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)。例如，在EI-Centro波作用下，屈曲約束支撐在地震作用的前5秒內(nèi)就進(jìn)入了塑性階段，其滯回曲線飽滿，表明屈曲約束支撐能夠有效地耗散地震能量，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。應(yīng)力集中分析結(jié)果顯示，在地震作用下，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在搖擺墻與框架的連接節(jié)點(diǎn)、屈曲約束支撐與框架的連接部位以及框架柱的底部等區(qū)域。在搖擺墻與框架的連接節(jié)點(diǎn)處，由于搖擺墻的搖擺運(yùn)動(dòng)和框架的變形相互作用，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力較為復(fù)雜，出現(xiàn)了較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象。在屈曲約束支撐與框架的連接部位，由于屈曲約束支撐在地震作用下承受較大的軸向力，且力的傳遞較為集中，使得該部位也出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力集中?？蚣苤牡撞孔鳛榻Y(jié)構(gòu)的主要傳力部位，在地震作用下承受較大的軸力和彎矩，因此也容易出現(xiàn)應(yīng)力集中。通過對(duì)這些應(yīng)力集中區(qū)域的分析，發(fā)現(xiàn)底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)需要特別加強(qiáng)這些部位的構(gòu)造措施，如增加節(jié)點(diǎn)的配筋、采用加強(qiáng)型連接節(jié)點(diǎn)等，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。例如，可以在搖擺墻與框架的連接節(jié)點(diǎn)處設(shè)置加勁肋，增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的承載能力和剛度，減小應(yīng)力集中的影響；在屈曲約束支撐與框架的連接部位，采用高強(qiáng)度螺栓連接，并增加連接節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，確保力的有效傳遞。通過對(duì)不同地震波作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)不同地震波的頻譜特性對(duì)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)有顯著影響。EI-Centro波的頻譜特性使得結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)較為強(qiáng)烈，位移和加速度響應(yīng)相對(duì)較大；Taft波作用下，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)相對(duì)較為平穩(wěn)，但在某些頻段上仍會(huì)出現(xiàn)較大的響應(yīng)峰值；Northridge波作用下，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)介于EI-Centro波和Taft波之間。這表明在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮多種地震波的作用，以確保結(jié)構(gòu)在不同地震動(dòng)特性下都具有良好的抗震性能。同時(shí)，也可以通過對(duì)不同地震波作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的分析，進(jìn)一步了解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和抗震性能的薄弱環(huán)節(jié)，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3.3試驗(yàn)研究3.3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方案為進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果，深入研究底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，設(shè)計(jì)并開展縮尺模型試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶凑障嗨评碚摚詫?shí)際8層商業(yè)建筑為原型，選取1:5的縮尺比例進(jìn)行制作。模型的平面尺寸為10m×6m，框架梁截面尺寸為60mm×120mm，框架柱截面尺寸為120mm×120mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，鋼材采用HRB400。在模型的四個(gè)角部設(shè)置底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻，搖擺墻厚度為60mm，高度為0.72m。屈曲約束支撐采用Q235鋼材，核心單元截面尺寸為20mm×2mm，約束單元為鋼管，外徑30mm，壁厚1mm。試驗(yàn)采用電液伺服加載系統(tǒng)對(duì)模型進(jìn)行水平加載，模擬地震作用。加載制度根據(jù)《建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程》（JGJ/T101-2015）制定，采用位移控制加載方式。在加載初期，以較小的位移增量進(jìn)行加載，每級(jí)位移加載循環(huán)3次，觀察模型的彈性響應(yīng)。隨著加載位移的逐漸增大，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，此時(shí)適當(dāng)增大位移增量，直至模型達(dá)到破壞狀態(tài)。在加載過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模型的位移、加速度、應(yīng)變等響應(yīng)數(shù)據(jù)，并觀察模型的破壞形態(tài)。為測(cè)量模型的位移響應(yīng)，在模型的每層樓蓋處布置位移傳感器，采用拉線式位移計(jì)，精度為0.01mm，能夠準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)構(gòu)在水平方向的位移。加速度響應(yīng)則通過在模型的關(guān)鍵部位，如樓層的頂部、底部以及不同高度的樓層處布置加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量，選用壓電式加速度傳感器，頻率響應(yīng)范圍為0.5Hz-1000Hz，靈敏度為100mV/g，可有效捕捉結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度變化。應(yīng)變測(cè)量采用電阻應(yīng)變片，粘貼在框架梁、柱、搖擺墻以及屈曲約束支撐等構(gòu)件的關(guān)鍵部位，如構(gòu)件的端部、跨中等位置，以監(jiān)測(cè)構(gòu)件在受力過程中的應(yīng)變變化，電阻應(yīng)變片的標(biāo)距為5mm，精度為1με。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將位移傳感器、加速度傳感器和應(yīng)變片采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和分析。3.3.2試驗(yàn)結(jié)果與討論試驗(yàn)結(jié)束后，觀察到模型的破壞模式主要表現(xiàn)為搖擺墻底部鉸支座處混凝土壓碎、剝落，鋼筋外露且屈服；屈曲約束支撐核心單元出現(xiàn)明顯的塑性變形，部分區(qū)域發(fā)生頸縮現(xiàn)象；框架梁、柱節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)一定程度的裂縫，但整體結(jié)構(gòu)仍保持一定的承載能力。這種破壞模式表明，底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)在地震作用下，通過搖擺墻的搖擺和屈曲約束支撐的耗能，有效地保護(hù)了框架結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)在大震作用下仍能維持整體穩(wěn)定性。通過試驗(yàn)得到的滯回曲線可以看出，結(jié)構(gòu)的滯回曲線較為飽滿，表明結(jié)構(gòu)具有良好的耗能能力。在加載初期，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，滯回曲線基本呈線性，卸載后殘余變形較小。隨著加載位移的增大，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，屈曲約束支撐率先屈服，滯回曲線開始出現(xiàn)捏縮現(xiàn)象，耗能能力逐漸增強(qiáng)。當(dāng)加載位移進(jìn)一步增大時(shí)，搖擺墻底部鉸支座處混凝土開始?jí)核?，結(jié)構(gòu)的剛度逐漸降低，滯回曲線的斜率減小，但結(jié)構(gòu)仍能繼續(xù)耗能。與數(shù)值模擬結(jié)果相比，試驗(yàn)得到的滯回曲線形狀和耗能能力基本一致，但在具體數(shù)值上存在一定差異。這主要是由于試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谥谱鬟^程中存在一定的誤差，以及試驗(yàn)加載設(shè)備和測(cè)量?jī)x器的精度限制等因素導(dǎo)致的。對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)、加速度響應(yīng)以及構(gòu)件內(nèi)力等方面，兩者具有較好的一致性。在位移響應(yīng)方面，試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)構(gòu)最大層間位移角與數(shù)值模擬結(jié)果相差在10%以內(nèi)，驗(yàn)證了數(shù)值模擬模型在預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)位移方面的準(zhǔn)確性。在加速度響應(yīng)方面，試驗(yàn)得到的結(jié)構(gòu)加速度時(shí)程曲線與數(shù)值模擬結(jié)果在主要頻率成分和峰值上較為接近，表明數(shù)值模擬能夠較好地反映結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。在構(gòu)件內(nèi)力方面，通過對(duì)框架梁、柱、搖擺墻以及屈曲約束支撐等構(gòu)件的應(yīng)變測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到的構(gòu)件內(nèi)力與數(shù)值模擬結(jié)果基本相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了數(shù)值模擬模型的可靠性。然而，由于試驗(yàn)過程中存在各種不確定性因素，如材料性能的離散性、加載設(shè)備的精度等，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果存在一定的偏差。但總體來說，兩者的一致性較好，說明數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究相互驗(yàn)證，能夠?yàn)榈撞繋s束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的抗震性能研究提供可靠的依據(jù)。通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，可知底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠通過搖擺墻和屈曲約束支撐的協(xié)同工作，有效地耗散地震能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)免受嚴(yán)重破壞。同時(shí)，試驗(yàn)也暴露出一些問題，如搖擺墻底部鉸支座處的混凝土局部受壓能力不足，屈曲約束支撐與框架的連接節(jié)點(diǎn)在大變形下存在一定的破壞風(fēng)險(xiǎn)等。針對(duì)這些問題，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，需要采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，如加強(qiáng)搖擺墻底部鉸支座處的混凝土局部受壓構(gòu)造，優(yōu)化屈曲約束支撐與框架的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。四、設(shè)計(jì)方法與工程應(yīng)用4.1設(shè)計(jì)原則與流程底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一系列科學(xué)合理的原則，以確保結(jié)構(gòu)在地震作用下具有良好的抗震性能和可靠性。“強(qiáng)柱弱梁”原則是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要準(zhǔn)則之一。在地震作用下，為了避免框架柱先于框架梁破壞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性喪失，應(yīng)使框架梁在地震作用下先于框架柱出現(xiàn)塑性鉸。通過合理設(shè)計(jì)框架梁和柱的截面尺寸、配筋率等參數(shù)，調(diào)整梁、柱的抗彎能力，使梁端的抗彎承載力小于柱端的抗彎承載力，從而實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)目標(biāo)。例如，在確定框架梁的配筋時(shí)，可適當(dāng)控制梁的縱筋配筋率，使其在地震作用下能夠較早地進(jìn)入塑性階段，耗散地震能量，同時(shí)保證框架柱具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以維持結(jié)構(gòu)的豎向承載能力和整體穩(wěn)定性?！皬?qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”原則同樣至關(guān)重要。節(jié)點(diǎn)作為框架結(jié)構(gòu)中梁、柱等構(gòu)件的連接部位，在地震作用下承受著復(fù)雜的內(nèi)力。為了確保節(jié)點(diǎn)在地震中不發(fā)生破壞，保證結(jié)構(gòu)的整體性，應(yīng)使節(jié)點(diǎn)的承載能力高于構(gòu)件的承載能力。在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要考慮節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式、鋼筋錨固長(zhǎng)度、混凝土強(qiáng)度等因素，采取加強(qiáng)措施，如增加節(jié)點(diǎn)箍筋的配置、提高節(jié)點(diǎn)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)等，以提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能。例如，在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置加密箍筋，能夠有效地約束節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土，提高節(jié)點(diǎn)的抗剪能力和延性，防止節(jié)點(diǎn)在地震作用下發(fā)生剪切破壞?！岸嗟婪谰€”原則也是底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須遵循的。搖擺墻、屈曲約束支撐和框架結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成了結(jié)構(gòu)的多道抗震防線。在地震作用下，屈曲約束支撐作為第一道防線，率先屈服耗能，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)；搖擺墻則作為第二道防線，通過自身的搖擺運(yùn)動(dòng)耗散地震能量，進(jìn)一步減小結(jié)構(gòu)的地震作用?？蚣芙Y(jié)構(gòu)作為最后一道防線，在搖擺墻和屈曲約束支撐失效的情況下，仍能維持結(jié)構(gòu)的基本承載能力，防止結(jié)構(gòu)倒塌。通過合理設(shè)計(jì)各道防線的參數(shù)和布置方式，使它們能夠協(xié)同工作，充分發(fā)揮各自的作用，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。例如，在布置屈曲約束支撐時(shí)，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)和地震作用的分布情況，合理確定支撐的位置和數(shù)量，使其能夠在地震作用下及時(shí)發(fā)揮耗能作用，為結(jié)構(gòu)提供有效的保護(hù)。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程涵蓋多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在方案設(shè)計(jì)階段，需綜合考慮建筑的功能需求、場(chǎng)地條件、抗震設(shè)防要求等因素，確定結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置。根據(jù)建筑的使用功能和空間要求，合理確定框架柱的位置和間距，布置搖擺墻和屈曲約束支撐的位置，以滿足結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力和耗能要求。同時(shí)，還需考慮場(chǎng)地的地質(zhì)條件和地震動(dòng)參數(shù)，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式和材料，確保結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。例如，在地震活動(dòng)頻繁的地區(qū)，應(yīng)適當(dāng)增加屈曲約束支撐的數(shù)量和強(qiáng)度，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力；在軟弱地基上，應(yīng)采取相應(yīng)的地基處理措施，增強(qiáng)基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性。初步設(shè)計(jì)階段，要進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈性分析，計(jì)算結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的內(nèi)力和位移，確定結(jié)構(gòu)的基本尺寸和構(gòu)件的初步選型。運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)的基本原理，采用合適的結(jié)構(gòu)分析方法，如振型分解反應(yīng)譜法、彈性時(shí)程分析法等，計(jì)算結(jié)構(gòu)在水平地震作用、豎向荷載等作用下的內(nèi)力和位移。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，初步確定框架梁、柱、搖擺墻以及屈曲約束支撐的截面尺寸和材料強(qiáng)度等級(jí)，為后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。例如，通過彈性分析，確定框架梁的截面高度和寬度，使其能夠滿足承載能力和變形要求；根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況，選擇合適的屈曲約束支撐類型和規(guī)格，確保其能夠有效地提供抗側(cè)力和耗能能力。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈塑性分析，考慮材料的非線性和幾何非線性，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。利用有限元分析軟件，建立結(jié)構(gòu)的三維模型，考慮材料的屈服、強(qiáng)化、開裂等非線性行為，以及結(jié)構(gòu)的大變形等幾何非線性因素，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析。通過分析結(jié)果，評(píng)估結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的抗震性能，檢查結(jié)構(gòu)是否滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。對(duì)結(jié)構(gòu)的薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，如增加構(gòu)件的配筋、提高構(gòu)件的強(qiáng)度等級(jí)等，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性和可靠性。例如，在彈塑性分析中，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的某些節(jié)點(diǎn)在罕遇地震作用下出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中和變形，可通過增加節(jié)點(diǎn)的配筋和加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施，提高節(jié)點(diǎn)的承載能力和延性，避免節(jié)點(diǎn)在地震中發(fā)生破壞。完成設(shè)計(jì)后，還要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，繪制詳細(xì)的結(jié)構(gòu)施工圖，包括構(gòu)件的尺寸、配筋、連接節(jié)點(diǎn)等，為施工提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)。在施工圖設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，繪制結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面布置圖、剖面圖、配筋圖等，詳細(xì)標(biāo)注構(gòu)件的尺寸、鋼筋的規(guī)格和數(shù)量、連接節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造等信息。同時(shí)，還應(yīng)編寫設(shè)計(jì)說明，說明結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、施工注意事項(xiàng)等內(nèi)容，確保施工人員能夠準(zhǔn)確理解設(shè)計(jì)意圖，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。例如，在繪制框架梁的配筋圖時(shí)，應(yīng)詳細(xì)標(biāo)注縱筋和箍筋的直徑、間距、數(shù)量等信息，以及鋼筋的錨固長(zhǎng)度和搭接長(zhǎng)度，確保鋼筋的布置符合設(shè)計(jì)要求，保證結(jié)構(gòu)的承載能力。4.2工程案例分析4.2.1案例介紹本案例為位于某地震多發(fā)地區(qū)的一棟12層商業(yè)綜合體建筑，該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g，場(chǎng)地類別為Ⅱ類。建筑平面呈矩形，長(zhǎng)60m，寬40m，總高度為48m。由于建筑功能的需求，內(nèi)部空間要求較為開闊，傳統(tǒng)的純框架結(jié)構(gòu)難以滿足其抗震要求，因此采用了底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)體系。該商業(yè)綜合體集購物、餐飲、娛樂等多種功能于一體，地下2層為停車場(chǎng)和設(shè)備用房，地上1-4層為大型商場(chǎng)，5-10層為酒店，11-12層為辦公區(qū)域。建筑的功能布局復(fù)雜，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能和空間適應(yīng)性提出了較高的要求。根據(jù)建筑的功能需求和抗震設(shè)防要求，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)確定了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)為在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)保持彈性，不發(fā)生損壞；在設(shè)防地震作用下，結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)一定程度的損傷，但經(jīng)過一般修理后仍可繼續(xù)使用；在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)應(yīng)不發(fā)生倒塌，確保人員的生命安全。為實(shí)現(xiàn)這一設(shè)計(jì)目標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)體系，通過合理布置搖擺墻和屈曲約束支撐，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力和耗能能力，以滿足建筑在地震作用下的安全性和可靠性要求。4.2.2設(shè)計(jì)過程與分析在結(jié)構(gòu)選型階段，考慮到建筑的高度、功能需求以及場(chǎng)地條件，對(duì)比了多種結(jié)構(gòu)體系，最終確定采用底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)體系結(jié)合了搖擺墻和屈曲約束支撐的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。搖擺墻布置在結(jié)構(gòu)的四個(gè)角部和電梯井、樓梯間等位置，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度。屈曲約束支撐則布置在框架的梁柱節(jié)點(diǎn)處，與搖擺墻協(xié)同工作，共同抵抗地震力。在構(gòu)件設(shè)計(jì)方面，框架梁采用鋼梁，截面尺寸為H500×200×10×16，材質(zhì)為Q345B，以滿足結(jié)構(gòu)的抗彎和抗剪要求?？蚣苤捎娩摴芑炷林軓綖?00mm，壁厚12mm，內(nèi)填C40混凝土，這種組合構(gòu)件具有較高的抗壓和抗彎能力，能夠有效地承擔(dān)豎向荷載和水平地震力。搖擺墻采用鋼筋混凝土墻，厚度為350mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，豎向和水平鋼筋均采用HRB400，通過合理配置鋼筋，確保搖擺墻在地震作用下具有足夠的強(qiáng)度和延性。屈曲約束支撐的核心單元采用Q235鋼材，截面尺寸為150mm×12mm，約束單元為鋼管，外徑200mm，壁厚8mm，在核心單元與約束單元之間設(shè)置無粘結(jié)材料，以保證核心單元在受力時(shí)能夠自由伸縮，同時(shí)避免約束單元對(duì)核心單元的約束作用產(chǎn)生影響。在抗震計(jì)算過程中，采用振型分解反應(yīng)譜法和彈性時(shí)程分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的彈性分析，以確保結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的安全性。在振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算中，考慮了結(jié)構(gòu)的前15階振型，通過計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的自振周期、振型參與系數(shù)等參數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的內(nèi)力和位移。彈性時(shí)程分析法中，選取了三條實(shí)際地震記錄和一條人工模擬地震波，進(jìn)行動(dòng)力時(shí)程分析。通過對(duì)比分析振型分解反應(yīng)譜法和彈性時(shí)程分析法的計(jì)算結(jié)果，確保結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的位移和內(nèi)力滿足規(guī)范要求。同時(shí)，采用彈塑性時(shí)程分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的分析，考慮材料的非線性和幾何非線性，評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能和破壞模式。在彈塑性時(shí)程分析中，通過定義材料的本構(gòu)關(guān)系和非線性行為，模擬結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的受力過程，分析結(jié)構(gòu)的薄弱部位和潛在的破壞風(fēng)險(xiǎn)，為結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在地震作用下的位移和內(nèi)力分布較為合理，底部帶屈曲約束支撐的搖擺墻框架結(jié)構(gòu)能夠有效地抵抗地震力，滿足建筑的抗震要求。例如，在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角為1/850，小于規(guī)范限值1/550；在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角為1/100，結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象，滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。同時(shí)，通過分析結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，發(fā)現(xiàn)框架梁、柱以及搖擺墻和屈曲約束支撐的內(nèi)力均在其承載能力范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是合理可靠的。4.2.3實(shí)施與效果評(píng)估在施工過程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量和安裝精度。對(duì)于搖擺墻和屈曲約束支撐的安裝，制定了詳細(xì)的施工方案，采用先進(jìn)的施工技術(shù)和設(shè)備，確保安裝過程的順利進(jìn)行。在搖擺墻的施工中，特別注意墻底鉸支座的安裝精度，確保鉸支座能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)搖擺墻的搖擺功能。對(duì)于屈曲約束支撐，嚴(yán)格控制其長(zhǎng)度、垂直度以及與框架的連接質(zhì)量，確保屈曲約束支撐在地震作用下能夠正常工作。同時(shí)，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制和安全管理，對(duì)施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格檢查和驗(yàn)收，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。工程竣工后，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和評(píng)估。在監(jiān)測(cè)過程中，采用了先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備，對(duì)結(jié)構(gòu)的位移、加速度、應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在正常使用狀態(tài)下的各項(xiàng)參數(shù)均在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)性能良好。為評(píng)估結(jié)構(gòu)的抗震性能，進(jìn)行了一次模擬地震試驗(yàn)，通過在結(jié)構(gòu)上施加模擬地震荷