节能砌块隐形密框结构力学行为与性能抗震设计方法

The present study focuses on a new type of building structure——energy-saving block & invisible multi-ribbed frame structure (EBIMFS) which is used and with broad development prospects in multi-story and mid-rise buildings. In this building structure a systematic study will be made focusing on two key problems in the performance based seismic design. That is the rational calculation of displacement response of the structures under various designed levels of the earthquake loadings and determination of the structural deformation limit for the expected building functions. This study will be carried out based on the experimental studies of the mechanical behavior and the seismic performance of the core member of the EBIMFS——energy-saving block & invisible multi-ribbed frame composite walls and the EBIMFS, combined with theoretical analysis and numerical simulation, the main issues considered here are the element and restoring force models of the energy-saving block & invisible multi-ribbed frame composite wall members and also the restoring force model of the EBIMFS. In addition, a study will be carried out for a practical analysis method of seismic response of the EBIMFS under various designed levels of the earthquake loadings and the structural deformation limit for the expected building functions. The performance based seismic design theory and the method of the EBIMFS will be set up. The results obtained from such studies can provide scientific assessment based on the application of the EBIMFS in multi-story and mid-rise buildings and the compilation of the model code for the seismic design. This study has a great scientific significance in regards to the application and the development in the performance based seismic design theory and method of the new type of structures.

以适于多层及中高层建筑并有广阔发展前景的新型建筑结构——节能砌块隐形密框结构为对象，围绕基于性能抗震设计中的两个关键问题，即合理计算结构在不同设计地震水平下的位移反应和确定实现预定建筑功能的结构变形容许值开展系统研究。在节能砌块隐形密框结构的核心组成构件——节能砌块隐形密框复合墙体和节能砌块隐形密框结构力学行为与抗震性能试验研究基础上，结合理论分析和数值模拟，提出节能砌块隐形密框复合墙体构件的单元模型和恢复力模型以及节能砌块隐形密框结构的恢复力模型，研究节能砌块隐形密框结构在不同设计地震水平下的地震反应实用分析方法和实现预定功能的结构变形容许值。力图建立节能砌块隐形密框结构基于性能的抗震设计理论与方法。为节能砌块隐形密框结构在多层及中高层建筑中的应用和抗震模式规范的编制提供科学依据。研究结果对基于性能的抗震设计理论和方法在新型结构中的应用和发展具有重要的科学意义。

节能砌块隐形密框结构是一种新型节能建筑结构，对其力学行为和性能抗震设计方法进行研究是国家建筑节能和基于性能抗震设计方法贯彻执行的需要。本项目就是在这种背景下提出的。本项目完成了以下试验研究及有限元分析：① 完成了12片墙体试件抗震性能低周往复加载试验，分两大组，两大组分别是为实现正开窗洞和偏开门洞节能砌块隐形密框复合墙体的抗震性能设计目标，通过分别对3组6片正开窗洞及相应尺寸的不开洞的和3组6片偏开门洞及相应尺寸的不开洞的1/2比例缩尺节能砌块隐形密框复合墙体试件进行拟静力试验，并通过与相应尺寸的不开洞节能砌块隐形密框复合墙体试件的比较，研究正开窗洞和偏开门洞墙体的抗震性能。② 完成了24片墙体试件抗震性能低周往复加载试验，分4大组，4大组分别是为实现变化轴压比、剪跨比、洞口大小、洞口位置的节能砌块隐形密框复合墙体的抗震性能设计目标，进行水平低周往复加载拟静力试验，研究墙体的抗震性能。对比研究分析不同的轴压比、剪跨比、洞口大小、洞口位置试件的刚度、承载能力、延性、滞回耗能能力，得到轴压比、剪跨比、洞口大小、洞口位置对节能砌块隐形密框复合墙体的破坏形态、延性系数、耗能能力、斜截面承载能力的影响规律，以及各参数下墙体斜截面承载能力的计算公式、单元模型和恢复力模型等。并确定了各不同的抗震性能水平下的变形容许值。③ 基于本课题组的试验数据，采用ABAQUS有限元软件对不同剪跨比节能砌块隐形密框墙体进行数值模拟，并与试验试件进行对比分析。经试验滞回曲线与模拟滞回曲线对比可知，采用ABAQUS有限元软件对试验试件的数值模拟取得较好的效果，尤其试件的骨架曲线吻合较好，有明显的上升段和下降段。通过以上研究取得如下成果：研究成果获福建省科技进步三等奖1项；授权国家发明专利3项；在国内外期刊上发表论文13篇，其中2篇SCI收录，9篇EI收录。以上研究为建立节能砌块隐形密框结构性能抗震设计方法提供了科学依据。为该结构在多层及中高层建筑的应用奠定了基础。