[发明专利]一种多层、高层钢结构抗侧力体系及承载力计算方法

摘要

本发明提供一种多层、高层钢结构抗侧力体系及承载力计算方法，包括内填钢板，其特征是所述内填钢板的两侧设置有至少一层外敷碳‑玻混杂纤维层，所述内填钢板固定在钢框架上。本发明通过在传统的钢框架‑钢板剪力墙的钢板两侧外敷碳‑玻混杂纤维，可以有效地增强内填钢板，提高结构的承载力、延性和耗能能力，成为一种新型多层、高层钢结构抗侧力体系。该新型结构体系采用较薄钢板依然可以满足结构抗震耗能的要求，经济性较好，具有广阔的市场前景。

主权项

一种多层、高层钢结构承载力计算方法，所述钢结构包括内填钢板，其特征是：所述内填钢板的两侧设置有至少一层外敷碳‑玻混杂纤维层，所述内填钢板固定在钢框架上；高层钢结构抗侧力体系的内填钢板的两侧全敷碳‑玻混杂纤维层；或，多层钢结构抗侧力体系的内填钢板的两侧对角线方向敷设碳‑玻混杂纤维层；内填钢板和敷碳‑玻混杂纤维组合成复合钢板，复合钢板的侧向荷载力为P；所述钢框架由框架梁和框架柱组成，所述框架梁通过端板和节点螺栓固定在所述框架柱上；所述内填钢板通过鱼尾板与所述框架梁和框架柱螺栓连接或者焊接连接；内填钢板采用高延性钢材；计算方法包括如下步骤：(1)外力P做功，式中θ为层间位移角，即层间水平侧移与层高度的比值，n为楼层的层数，hi为楼层各层层高；(2)内力做功Win包括节点和柱脚，节点为框架梁和框架柱的连接区域；柱脚为框架柱与建筑基础的连接区域，转动做功W1以及斜向拉杆做功W2，其中W1＝(2nMj+2Mc)θ，式中Mj为节点塑性弯矩，Mc为修正轴力影响后柱脚塑性弯矩，θ为层间位移角，n为结构层数，li为初始拉杆长度，即受力前斜向拉杆的长度，fy为复合钢板屈服强度，拉杆截面积As＝0.055t，t为复合钢板厚度；(3)根据虚功原理，由Win＝Wex得到侧向荷载力P为：式中θ为层间位移角，n为结构层数，li为初始拉杆长度，fy为复合钢板屈服强度，拉杆截面积As＝0.055t，t为内填钢板厚度，Mj为节点塑性弯矩，取梁端全截面塑性弯矩的50％，Mc为修正轴力影响后的柱脚塑性弯矩，考虑轴力的影响对柱脚塑性弯矩进行修正；N/Ny≤0.13，Mc＝Mp，N/Ny＞0.13，Mc＝1.15(1‑N/Ny)Mp；式中，N为柱脚轴力，Mp、Ny分别为柱脚进入全截面塑性状态后的弯矩和轴力；(4)当钢板达到弹性屈曲应力时发生屈曲，钢板弹性屈曲应力：t、b分别为钢板的厚度、宽度；E、v分别为钢板的弹性模量及泊松比；K＝5+5(b/h)2为钢板屈曲系数；复合钢板剪力墙弹性屈曲剪力：Eeq为复合钢板弹性模量，αi为系数，其值在0.17‑1之间，Elyi为第i层碳‑玻混杂纤维的弹性模量，tlyi为第i层碳‑玻混杂纤维的厚度，n为碳‑玻混杂纤维敷设层数。