水平荷载作用下钢框架预制混凝土抗侧力墙体装配式结构的简化计算方法

吴函恒++秦沛远++陈军武++周天华

摘要：为研究水平荷载作用下钢框架预制混凝土抗侧力墙装配式结构体系（SPW体系）内力和位移的简化计算方法，提出了结构体系的简化计算模型，根据弹性理论建立结构体系的平衡微分方程，提出反映结构侧向刚度的参数λ，结合边界条件求解了在均布侧向荷载、倒三角侧向荷载和顶部集中侧向荷载作用下结构体系的内力与侧向位移计算公式，采用有限元法对简化计算方法的可靠性进行了验证，并进行了误差分析。研究结果表明：有限元分析值与简化计算值较为接近，简化计算方法能够较为准确地计算SPW体系在水平荷载作用下的内力和位移，可靠性较好。

关键词：钢框架；预制混凝土抗侧力墙；结构体系；内力；位移；水平荷载

中图分类号：TU398.2 文献标志码：A

0 引 言

内填式抗侧力墙体与钢框架组成的双重抗侧力体系能充分结合二者的优点，具有抗侧刚度大、延性好、多道抗震设防的特点[110]。为实现抗侧力墙体的预制装配化，并与钢框架进行同步安装，在推动建筑产业化和现代化的背景下，文献[11]提出了钢框架预制混凝土抗侧力墙装配式结构体系（以下简称SPW体系）。

文献[12]～[14]对4榀由钢框架和型钢混凝土抗侧力墙、钢筋混凝土抗侧力墙组成的单层单跨足尺SPW体系结构模型开展水平低周反复加载试验研究，结果表明：该体系能充分结合钢框架与混凝土抗侧力墙体的优点，构造合理可靠，在抗震设防区具有广泛的应用前景。文献[15]，[16]对SPW体系的竖向受力性能进行研究，结果表明：预制墙体顶部连接板的长圆孔构造形式能有效地降低墙体的轴压比，使墙体仅承担使用阶段活荷载所带来的竖向力。文献[17]，[18]对SPW体系开展数值分析，研究了抗侧力墙板与钢梁连接界面的受力性能和传力机理，明确了各类连接件承担剪力和弯矩的分布情况以及分配关系。

在上述研究的基础上，本文建立SPW体系的简化计算模型，基于连续化的方法，建立钢框架、约束梁和抗侧力墙体协同工作微分方程，提出反映结构侧向刚度的参数，求解结构体系在3种典型水平荷载作用下的内力、位移计算方法，并采用有限元法验证了简化方法的可靠性，为该体系的理论研究和工程应用提供参考。

1 简化力学模型及假定

钢框架预制混凝土抗侧力墙体结构体系是由钢框架、抗侧力墙体组成的三维空间结构，分析过程中忽略结构整体的扭转效应，将钢框架部分、抗侧力墙体部分和约束梁部分分别等效为总钢框架、总抗侧力墙体和总约束梁（图1），其中总框架部分的一半对称等效在抗侧力墙体的左右两侧。

在水平荷载作用下，框架柱与抗侧力墙体的连接梁段呈现反向弯曲变形，即在跨中附近存在反弯点，如图2所示，分析时采用如下基本假定：

（1）假定反弯点位于框架柱与抗侧力墙体连接梁段的跨中位置。

（2）框架柱在水平荷载作用下的轴向变形较小，而梁反弯点处的竖向变形主要由框架梁轴向变形引起，因此，分析时忽略框架柱和反弯点处的竖向变形。

（3）约束梁中间段由于受到上下层墙体的约束作用，假定为刚性。

采用连续化的方法[19]将模型在反弯点处进行切分，切口处存在相关作用的分布剪力τf，水平分布荷载p由钢框架和抗侧力墙体共同承担，其中总钢框架承担的部分为pf；总抗侧力墙体承担的部分为p-pf，计算简图如图3所示，其中θ为转角。

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