钢结构工程：钢板剪力墙力学性能分析

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一般情况下，高层建筑结构设计困难之处在于控制侧移，而墙体构件可以明显地提高结构的抗侧刚度，所以能够在高层建筑广泛运用。
钢板剪力墙是20世纪70年代开始研究并进行工程应用的抗侧力结构体系。
钢板剪力墙一般由内嵌钢板墙、边缘框架柱和框架梁组成，受力方式与底部固接的竖向工字形悬臂钢板梁类似，其中框架柱相当于翼缘，内嵌钢板相当于腹板，框架梁可以近似等效为横向加劲肋。
作为主要抗侧力部件的内嵌钢板，其在地震作用下发生变形耗能，在地震后可采用千斤顶顶梁将钢板墙拆除，更换新的内嵌钢板墙加以修复，十分方便。



此外，钢板剪力墙相较于传统的钢筋混凝土剪力墙结构还有以下优点：
1)可以实现工厂化生产和装配化施工，能有效提高施工效率，缩短工期；
2)大幅减少结构自身质量，减小地震作用，适用于高层和超高层结构；
3)有很好的延性性能，在地震作用下能有效耗能，可减小地震作用的破坏。
厚钢板剪力墙的初始刚度较大，滞回性能稳定，面外刚度较大，但耗钢量巨大；
薄钢板剪力墙可以发挥屈曲后“拉力带效应”，有较高抗侧承载力，但薄钢板面外稳定性差，滞回曲线捏拢明显，在强风和电梯振动或地震作用下会发生面外鼓曲变形，严重影响使用舒适性。
为避免薄钢板剪力墙体系易发生面外屈曲的缺点，可以使用轧制的梯形钢板、正弦波纹钢板、折线钢板等形式的波形钢板，来提高钢板剪力墙的面外稳定性，使波形钢板剪力墙能发挥突出的延性性能。



研究了竖向荷载对波形钢板剪力墙力学性能的影响及机理，并对不同边柱-内嵌板刚度比的模型进行滞回分析，分析了不同竖向荷载作用下，柱板刚度比对波形钢板剪力墙力学性能的影响，得到以下结论：
1)竖向荷载对波形钢板剪力墙的力学性能有不利影响。在竖向荷载和水平荷载的共同作用下，波形钢板剪力墙的边柱发生变形和失稳破坏，进而影响剪力墙体系的延性性能和滞回性能。
2)波形钢板剪力墙的边柱-内嵌板刚度比对其力学性能有显著影响。柱板刚度比取值有合理的区间；在500～1 200 m3区间内，波形钢板剪力墙具有良好的滞回性能与经济性。
3)波形钢板剪力墙的竖向荷载过大时，边柱极易发生失稳破坏，滞回性能也明显下降，故不建议在实际设计波形钢板剪力墙时轴压比超过0.5。