第 1 章 绪论
1.1 课题来源
本课题是基于吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目“带防屈曲支撑联肢墙结构体系抗震性能试验和理论研究”的基础上进一步研究。该课题已对这种结构体系的抗震性能进行了试验和理论研究，本项目“带防屈曲支撑钢连梁联肢墙屈服机制及耗能能力分析”主要研究这种结构体系的屈服机制和耗能能力。
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1.2 研究背景
高层建筑结构就像以地面为支承的承受着水平荷载和竖向荷载作用竖向悬臂构件，在结构设计中竖向载荷虽然具有重要的影响作用，但水平横向作用是控制结构设计的主要因素。在水平荷载作用下，建筑物随着高度增加，增加速度最快是水平位移，内力次之。因此在高层建筑结构设计中，为有效地抵抗水平荷载（作用）产生的内力和变形，必须选用可靠的抗侧力结构体系使结构不仅具有较大的承载力，还应具有较大的侧向刚度。在高层建筑结构体系中，剪力墙具有较大的抗侧移刚度和较大的承载能力，是目前应用最为广泛的一种抗侧力结构构件，由钢筋混凝土剪力墙，可以组成剪力墙结构、框架-剪力墙结构及筒体结构等各种结构体系。考虑剪力墙的使用功能要求，墙上需要开设门窗洞口。可根据剪力墙上洞口的尺寸、形状等划分为不同种类。其中联肢墙是剪力墙体系中最为典型的形式。联肢剪力墙是由墙肢和连梁组成的开有较大规则洞口的剪力墙，由于洞口较大，剪力墙截面整体性大大削弱导致截面变形不符合平截面假定，可视为有若干单肢剪力墙由一系列连梁联结起来的结构。联肢墙在水平荷载作用下的破坏形态一般有两种：脆性破坏（剪切破坏）和延性破坏（弯曲破坏）。通过研究表明，联肢墙脆性破坏易发生在其薄弱部位：?墙肢底部，其底部作用的弯矩和剪力都较大，是潜在的塑性铰区，由于水平施工缝等原因造成墙肢抗剪能力不足，可能导致剪切破坏，致使剪力墙丧失承载力，造成结构突然倒塌，这是在结构设计施工中应该绝对避免的；?连梁，在水平荷载作用下，当连梁抗剪承载力较小时，连梁容易出现剪切破坏，连梁发生破坏会丧失对各墙肢的约束作用，致使失去约束作用的联肢墙变成了孤立的单片墙肢，使结构的整体侧向刚度快速下降，侧向变形加大导致墙肢弯矩剧增。
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第 2 章 结构分析模型简介
本文主要研究带防屈曲支撑钢连梁联肢墙结构的屈服机制和耗能能力，拟采用某框架-核心筒结构模型进行分析。本章将对采用的结构分析计算模型进行简要介绍。
2.1 计算模型概况
分析模型为框架-核心筒结构，其结构标准层平面布置图，如图 2-1 所示；结构模型如图 2-2 所示。工程概况如下：结构主体高度为 97.8m，地上 27 层，结构首层层高为 4.2m，2-27 层层高为 3.6m。该结构重要性系数取 1.0，抗震设防烈度按 8 度，设计地震分组按第一组，设计基本地震加速度 0.2g，建筑场地类别按Ⅱ类，设计使用年限按 50 年设计，基本风压取 0.65k N/m2，地面粗糙度按 B 类，基本雪压取 0.45k N/m2。设计所采用的活荷载标准值为：楼面 2.0k N/m2，屋面 2.0k N/m2，消防疏散楼梯 3.5k N/m2，电梯机房 7.0k N/m2；恒荷载(含自重)标准值为：楼面 5.0k N/m2，上
人屋面 5.5k N/m2；梁上线荷载根据所填充的非承重墙体容重计算：框架梁为6.39k N/m，次梁为 4.5k N/m；主要结构材料：柱、梁、剪力墙、板的主筋采用 HRB400，箍筋及分布筋采用 HPB300，结构构件截面尺寸及采用混凝土强度等级材料等级见下表 2-1；保护层厚度：柱为 30mm，梁为 25mm，剪力墙 20mm，板 20mm；抗震等级：框架抗震等级为一级，剪力墙为一级；2、3 轴线上剪力墙洞口尺寸宽 2.5m，高 2.6m。
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2.2 带防屈曲支撑钢连梁设计方法
带防屈曲支撑钢连梁是一种新型组合连梁结构体系，其设计原理主要依据如下目标：a）在小震及风荷载作用下，型钢连梁及防屈曲支撑作为结构部件不屈服，对墙肢提供足够的刚度耦联约束作用；b）在中震作用下少量防屈曲支撑在结构层间受力较大处出现受拉屈服或受压屈服而不屈曲，作为耗能构件为结构提供附加阻尼比，降低地震对结构的影响，钢连梁依然保持弹性状态不屈服；c）在大震作用下，防屈曲支撑率先发生屈服，进入塑性耗能状态，吸收地震能量保障结构不会发生倒塌破坏，提高结构整体安全性。d）在震后带防屈曲支撑钢连梁可修复，突显其经济性。本分析模型的带防屈曲支撑钢连梁中上下弦杆采用热轧型钢或焊接型钢，桁架腹杆采用承载型防屈曲支撑。防屈曲支撑相比较普通支撑克服了拉压承载力的缺陷，不用对支撑进行稳定性验算，也避免了普通支撑屈曲失稳后导致节点力不平衡的问题。防屈曲支撑具有金属耗能阻尼器的耗能能力，芯板采用低屈服点钢材，保证率先屈服耗能。但由于防屈曲支撑构造的特殊性不能选用 X 型布置，一般布置形式可选用单斜撑、V 型或倒 V 字型。根据连梁尺寸及防屈曲支撑的构造特点本文采用倒 V 型布置，具体连梁杆件布置如下图 2-3 所示。带防屈曲支撑钢连梁的布置应对建筑功能正常使用不造成影响，而且能够为整体结构提供必要的刚度，同时发挥防屈曲支撑最大能力的耗能性能。根据带防屈曲支撑钢连梁抗震性能的前期研究结果，带防屈曲支撑钢连梁应布置在地震作用下层间位移较大的楼层。
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第 3 章 结构模型屈服机制分析.............. 23
3.1 联肢墙屈服控制原则......... 23
3.2 分析方法........ 24
3.2.1 静力弹塑性（Pushover）分析方法概述....... 25
3.2.2 静力弹塑性（Pushover）分析方法原理....... 25
3.2.3 软件介绍.............. 26
3.3 结构模型的静力弹塑性分析过程..............26
3.4 结构模型静力弹塑性（pushover）结果分析......28
3.5 两种不同钢连梁布置结构模型的 Pushover 分析...........34
3.6 本章小结..........41
第 4 章 带防屈曲支撑钢连梁结构体系耗能能力分析....... 42
4.1 耗能分析方法及软件介绍............42
4.1.1 分析方法.............. 42
4.1.2 软件介绍.............. 42
4.2 钢连梁杆件的模拟及地震波确定..............43
4.3 动力时程分析结果.....45
4.4 本章小结..........54
第 5 章 结论与展望........... 55
5.1 结论......55
5.2 展望......56
第 4 章 带防屈曲支撑钢连梁结构体系耗能能力分析
4.1 耗能分析方法及软件介绍
在罕遇地震动作用下验算结构的弹塑性变形和耗能能力，目前常采用时程分析法，对于带防屈曲支撑钢连梁结构体系的抗震计算宜采用非线性时程分析方法。时程分析法（动力时程分析），根据所选地震波和结构恢复力特性曲线，采用逐步积分方法，对动力方程直接积分，从而获得结构在地震动过程中每一瞬时的位移、速度和加速度响应，便于在罕遇地震作用下分析结构从弹性阶段到非弹性阶段的内力变化以及构件开裂、损伤直至结构倒塌破坏的全过程，更加真实地判断结构的耗能机制[2]。根据结构在荷载作用下所处的弹性、塑性状态，时程分析可分为线性时程分析和非线性时程分析，而带防屈曲支撑钢连梁结构体系中带防屈曲支撑钢连梁只有在非线性的状态下才能反应其耗能能力的特性和判断对结构抗震性能的影响，因此本文将采用非线性动力时程分析方法。为对带防屈曲支撑钢连梁联肢墙结构体系进行耗能能力分析，本章将通过对上一章的方案三结构模型和方案四结构模型进行动力时程分析，对比分析结果研究带防屈曲支撑钢连梁结构体系的耗能能力。
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结论
本文通过对带防屈曲支撑钢连梁结构体系采用静力弹塑性（Pushover）分析方法、时程分析法和能量分析三种方法进行分析对比钢筋混凝土连梁结构体系与普通钢桁架结构体系研究带防屈曲支撑钢连梁联肢墙结构体系的屈服机制和耗能能力。利用建筑结构有限元分析设计软件 Midas gen 和盈建科软件建立框架-钢筋混凝连梁核心筒结构模型和框架-普通钢桁架连梁核心筒结构模型，并进行静力弹塑性分析和非线性动力时程分析，对比框架-钢筋混凝连梁+带防屈曲支撑钢连梁核心筒结构模型和框架-普通钢桁架连梁+带防屈曲支撑钢连梁核心筒结构模型分析结果，结论如下：
（1）选用 Y 向以结构振型为主模态荷载工况和加速度工况对不同连梁形式结构计算模型进行 pushover 分析，都存在性能控制点，说明在 8 度罕遇地震作用下有足够的强度防止结构倒塌；通过分析性能控制点处的基底剪力和控制点位移发现带防屈曲支撑钢连梁计算结构模型比其他结构模型有足够的安全储备。
（2）计算结构模型在不同荷载工况下性能控制点处的层间位移角都能够满足规范规定的弹塑性层间位移角的限制，带防屈曲支撑钢连梁结构模型的层间位移角值均小于其他计算结构模型的层间位移角值。
（3）通过对带防屈曲支撑钢连梁结构模型在 Y 向模态荷载工况下的推覆分析，结构构件的屈服机制遵循水平构件先于竖向构件屈服，水平构件出现大量塑性铰也不会形成破坏结构，形成总体屈服机制，能形成多道抗震防线，维持相对稳定的竖向承载力，可以继续经历变形而不倒塌，具有较强的耗能能力。
（4）带防屈曲支撑钢连梁结构模型的屈服机制属于总体屈服机制，在整体结构抗震上能有效形成多道抗震防线，在水平地震荷载作用下，带防屈曲支撑钢连梁中的耗能构件防屈曲支撑率先屈服耗能，减少主体结构构件的塑性破坏，保护主体结构不发生倒塌，结构的屈服顺序遵循防屈曲支撑-连梁-墙-柱的机制，属于支撑梁铰破坏。
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参考文献(略)