劉 朋

(中南林業(yè)科技大學土木工程學院，湖南 長沙 410004)

輕型木結(jié)構(gòu)抗震設計研究進展

劉 朋

(中南林業(yè)科技大學土木工程學院，湖南 長沙 410004)

在介紹木結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，綜述了國內(nèi)外輕型木結(jié)構(gòu)抗震領域的最新研究進展和成果，尤其是輕型木結(jié)構(gòu)建筑和木剪力墻基于性能的抗震研究，指出基于性能的抗震設計是必然趨勢。

輕型木結(jié)構(gòu)，抗震，基于性能，木剪力墻

0 引言

通常認為木結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量較輕，地震作用較小。盡管如此，歷次地震中木結(jié)構(gòu)建筑嚴重損毀的現(xiàn)象也不鮮見。隨著輕型木結(jié)構(gòu)建筑高度(或周期)的增長，傳統(tǒng)基于“力”的抗震設計或評估方法偏于不安全?；趯ι鲜鰡栴}的深刻反思，近年來國內(nèi)外一些研究機構(gòu)和學者開始研究輕型木結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設計。

本文以輕型木結(jié)構(gòu)建筑為對象，總結(jié)國內(nèi)外輕型木結(jié)構(gòu)抗震設計的研究進展，并對其研究趨勢進行展望。

1 基于性能的抗震理論研究

目前我國對于輕型木結(jié)構(gòu)基于性能的抗震理論研究仍處于初級階段。 張盛東等人[1]建議了一種能計算無抗傾覆錨固件木結(jié)構(gòu)剪力墻的側(cè)向變形公式。熊海貝等[2]采用了冷彎型鋼組合墻體計算模型中的等代拉桿法估計輕型木結(jié)構(gòu)剪力墻的抗側(cè)剛度，并在其非彈性分析階段引入了埋置作用和摩擦作用。陳松來等人[3]對14個剪力墻試件和2個木樓蓋試件進行了單調(diào)加載試驗，提出了剪力墻或樓蓋剛度基于變形的取值方法，分析了剪力墻的長度、開洞、石膏板覆面等因素對其承載力以及剛度的影響。

近年來發(fā)達國家對于輕型木結(jié)構(gòu)抗震理論的研究方興未艾。美國研究報告[4]指出基于性能的抗震設計(Performance-Based Seismic Design,PBSD)應該是突破傳統(tǒng)設計方法的局限性，選擇性能優(yōu)良的新的材料，恰當?shù)脑O計準則、結(jié)構(gòu)體系、隔震減震技術(shù)等實現(xiàn)期望的性能目標。2002年，F(xiàn)iliatrault等人[5]通過大量非線性動力時程分析驗證了將直接基于位移的設計方法(Direct Displacement Design，DDD)應用于輕型木結(jié)構(gòu)建筑的可行性，并建議了一種預測木剪力墻滯回反應和耗能特性的簡化數(shù)值模型。2002年Rosowsky D V[6]為木剪力墻開發(fā)了一種包含PBSD理念抗震設計方法。2004年Skaggs等人[7]認為隔墻或剪力墻比簡支梁復雜得多，建議使用美國木業(yè)協(xié)會APA推薦的變形計算公式。2005年Lindt[8]開發(fā)了一種基于損傷的抗震可靠度模型和一套損傷極限狀態(tài)標準用于計算結(jié)構(gòu)在一定損傷程度下的可靠指標。2006年Lindt等人[9]研究表明增量動力分析方法(Incremental Dynamic Analysis Method,IDA)可以作為一種輕型木結(jié)構(gòu)損傷預測的手段，并通過試驗測得的地震力需求與預測結(jié)果吻合良好，最大瞬態(tài)位移與預測結(jié)果的吻合程度不高。2007年Li Y等人[10]提出地震脆弱模型用來預測輕型框架木結(jié)構(gòu)住宅建設在不同地震震害下的隨機反應，完成木結(jié)構(gòu)性能評估。2010年Wang Y等人[11]對DDD方法進行拓展，使之適用于多層輕型木結(jié)構(gòu)建筑基于性能的抗震設計。2010年Lindt等人[12]在前人研究的結(jié)構(gòu)損傷特征的基礎上進行調(diào)整并采用該方法預測了一棟6層足尺輕型木結(jié)構(gòu)的損傷。2010年P(guān)ang W等人[13]采用一種簡化DDD方法設計了一棟六層木結(jié)構(gòu)滿足損傷控制、生命安全、遠場倒塌保護(CP)和近場CP等4項性能期望的木剪力墻并采用ATC推薦的增量動力分析法，對該建筑抗倒塌能力進行了數(shù)值驗證。2011年Liang H等人基于損傷模型評估了木結(jié)構(gòu)的抗震性能，采用IDA方法標定木剪力墻的損傷模型參數(shù)，并建立了損傷指數(shù)和實測損傷現(xiàn)象之間的對應關(guān)系[14]。2013年 Lindt等人撰文總結(jié)了輕型木結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展歷程，分析了當前達到的水平以及仍存在的挑戰(zhàn)[15]。就輕型木結(jié)構(gòu)建筑而言，基于性能的抗震理論和方法仍在不斷發(fā)展和完善的過程中，仍有許多關(guān)鍵技術(shù)問題尚未解決或有待達成共識。

2 抗震性能試驗研究

輕型木結(jié)構(gòu)建筑進入中國以來，國內(nèi)對其抗震性能的足尺試驗研究極為有限。2006年程海江等人[16]通過單向和反復荷載試驗表明作用于橫墻上的豎向荷載可顯著提高剪力墻的各項力學性能。2007年呂西林等人[17]考慮門洞寬度、結(jié)構(gòu)平面布置等因素，分67種工況對一幢兩層木結(jié)構(gòu)房屋的足尺模型進行了振動臺試驗。2008年熊海貝等人[18]分析了剪力墻剛度、激振程度及扭轉(zhuǎn)等因素對結(jié)構(gòu)自振周期的影響，并將自振周期估算值與試驗值進行了比較得出房屋基本周期不僅僅只與房屋的高度有關(guān)。2008年陳松來等人[19]通過對一幢輕型木結(jié)構(gòu)房屋進行了試驗研究得出非結(jié)構(gòu)構(gòu)件可顯著提高房屋的抗側(cè)力剛度，各片剪力墻與樓蓋之間的剪切滑移和樓蓋吊頂石膏板對樓蓋剛度提高作用可忽略不計。2010年康加華等人[20]通過試驗研究了輕型木結(jié)構(gòu)房屋底層墻體的破壞模式及抗剪強度、剛度、延性和耗能等力學指標。2012年謝啟芳等人[21]研究了剪力墻在水平單向和低周反復加載下的破壞特征、抗剪強度、滯回性能、延性及耗能等指標，分析了洞口大小、洞口位置及豎向荷載對剪力墻抗震性能的影響，以及剪力墻與墻體模塊抗震性能的區(qū)別。

另一方面，國外近年來對于輕型木結(jié)構(gòu)抗震性能的試驗研究始終緊密結(jié)合基于性能的抗震理論。2005年Dean等人[22]基于10組剪力墻的試驗研究得出豎向荷載能夠提高其水平承載力。2007年Ni C等人[23]通過足尺試驗表明：帶單斜覆板剪力墻的荷載—位移反應在拉壓荷載下呈現(xiàn)出非對稱性；帶雙斜覆板剪力墻的平面內(nèi)抗剪承載力可提高2倍～3倍。2007年Lindt等人[24]通過一系列足尺振動臺試驗研究了輕型木結(jié)構(gòu)建筑的動力性能，檢驗了實測損傷和瞬態(tài)層間位移之間的定性關(guān)聯(lián)。2009年NEESWood項目中一幢六層輕型木結(jié)構(gòu)在7.5級地震作用下，仍具有良好的抗震性能[25]。2013年P(guān)ei等人[26]的研究表明在不同程度的豎向荷載作用下帶水平撐木剪力墻保持穩(wěn)定的層間位移限值為7%～10%。2014年NEES-Soft項目進行了一系列帶薄弱層輕型木結(jié)構(gòu)建筑的足尺試驗檢驗其開發(fā)的基于性能抗震改造方法。Lindt等人[27]針對一棟4層(370 m2) 帶薄弱層輕型木結(jié)構(gòu)四種加強原結(jié)構(gòu)的剛度和強度方案都進行了足尺震動臺試驗，并給出了關(guān)鍵性試驗結(jié)果。

3 結(jié)語

雖然國內(nèi)外學者已經(jīng)對輕型木結(jié)構(gòu)PBSD做出了大量的研究，也取得了很多重大的研究成果，但由于其力學性能的復雜性以及PBSD的特殊性，目前還沒有形成相對統(tǒng)一的研究理論方法，需要進行更多的輕型木結(jié)構(gòu)的足尺振動臺試驗以獲得更多試驗數(shù)據(jù)并將其與有限元設計程序?qū)Y(jié)構(gòu)受力性能的預測進行對比。將試驗結(jié)果運用到目前的分析方法，全面發(fā)展PBSD。

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Sutdiesondesignoflightwoodstructures

LiuPeng

(CollegeofCivilEngineering,CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha410004,China)

Based on introducing the development status of wood structure on the progress and the latest research achievements at home and abroad in the field of light wood structures, especially the light wood structure and wood shear wall seismic performance study based on that performance based seismic design is an inevitable trend.

light wood structure, seismic, performance-based, shear wall

1009-6825(2017)29-0058-03

2017-08-08

劉 朋(1990- )，男，在讀碩士

TU366.2

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