新型多層鋼木混合結構抗震性能與設計方法研究

《新型多層鋼木混合結構抗震性能與設計方法研究》是依託同濟大學，由何敏娟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：新型多層鋼木混合結構抗震性能與設計方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：何敏娟
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

木材資源最可再生，牆體保溫性能好；鋼木材料均可循環利用、工廠預製和現場組裝、可實現綠色施工；且鋼木結構重量輕、韌性好，抗震能力強。本課題充分利用鋼木結構的優點，以鋼作框架、木作樓蓋和牆體，構建新型綠色多層鋼木混合結構體系。通過對木樓屋蓋與鋼框架梁組成的水平抗側力體系、木剪力牆與鋼框架組成的豎向抗側力體系的理論分析，研究影響水平結構體系、豎向結構體系的剛度和抗側能力的因素。通過結構整體動力試驗和數值模擬，闡明鋼框架與木樓屋蓋、木剪力牆的協同工作機理，揭示該類結構抗側力性能與特點，提出結構地震破壞模型和失效機理。建立結構性能目標函式，基於結構地震可靠度分析，為該類新型混合結構基於性能的抗震設計方法奠定理論基礎。本研究成果對推動建築業生態文明建設、利用再生資源、實現綠色施工、提高建築產業化和發展新型結構基於性能的設計方法均具有重要理論意義和實用價值。

結題摘要

鋼木混合結構利用綠色環保、輕質高強的木材和鋼材作為建築材料，預製裝配化程度高，符合我國多高層建築發展的需要。為了全面深入地了解這一新型結構體系的整體抗側性能，對鋼木混合結構體系進行了一系列的研究。本課題首先完成了單層鋼木混合結構擬靜力試驗，揭示了鋼木混合結構中鋼框架和木剪力牆的協同工作機理；完成了鋼木混合樓蓋擬靜力試驗，獲得了鋼木混合樓蓋的平面內抗側力性能；進行了不同連線方式下鋼木混合牆體試驗，研究了不同連線形式對鋼木混合牆體抗側性能的影響；完成了四層鋼木混合結構振動台試驗，全面深入地了解了鋼木混合結構抗側力體系從彈性狀態到極限狀態全過程的受力機理和協同工作特性。研究結果表明，當結構側移較小時，輕木剪力牆承擔大部分剪力，隨著位移增大，剪力牆強度與剛度發生退化，承載力主要由鋼框架提供。側向荷載下，鋼木混合抗側力體系的破壞都始於木剪力牆面板釘連線的破壞，且木剪力牆先於鋼框架屈服。在試驗研究成果的基礎上，採用“HYST”算法模擬輕木剪力牆抗側性能，建立了鋼木混合結構的有限元模型，該模型可以很好模擬鋼木混合結構中輕木剪力牆的捏縮特性。對不同條件的鋼木混合結構進行參數化分析，結果表明木剪力牆與鋼框架的抗側剛度比對混合體系協同工作性能有重要影響，應使木剪力牆和鋼框架的抗側剛度比不小於 0.5；研究得到了混合結構自振周期的估算公式和剪力分配係數的擬合公式；通過易損性分析和回響面分析的方法，對鋼木混合抗側力體系進行了地震可靠度評估。綜合鋼木混合結構抗震性能的研究成果，提出了直接位移抗震設計方法，為混合結構的合理設計提供了依據。課題研究為鋼木混合結構這一新型、環保、預製化體系的工程套用和推廣奠定了可靠的研究基礎，對於發展生態文明，倡導綠色建築，促進多高層建築抗震技術發展，都有著重要的意義。