摘" 要： 鋼框架-木剪力墻結(jié)構(gòu)是一種適用于多高層的綠色低碳結(jié)構(gòu)體系. 木剪力墻可分為輕木剪力墻和重木剪力墻兩種類(lèi)型，掌握不同剪力墻類(lèi)型對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律可為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù). 本文使用專(zhuān)為木結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)的新型單軸滯回模型DowelType，模擬輕木、重木剪力墻混合結(jié)構(gòu)，建立4層有、無(wú)墻頂摩擦型阻尼器的混合結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行頻遇地震和罕遇地震下的非線性時(shí)程分析，得到層間位移角、結(jié)構(gòu)內(nèi)力水平、阻尼器耗能等響應(yīng)的分布，總結(jié)了剪力墻類(lèi)型對(duì)上述響應(yīng)的影響規(guī)律.

關(guān)鍵詞： 木剪力墻； DowelType模型； 摩擦型阻尼器； 鋼木混合結(jié)構(gòu)； 抗震性能

中圖分類(lèi)號(hào)： TU 366.2""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A""" 文章編號(hào)： 1000-5137（2024）03-0427-11

Effect of shear wall type on seismic performance of steel-wood hybrid structure

DONG Hanlin， ZHU Xinglai， TAO Jingyan， FANG Mingji*

（School of Civil Engineering， Shanghai Normal University， Shanghai 201418， China）

Abstract： Hybrid steel frame and timber shear wall structure was a green and low-carbon structural system suitable for multi-story buildings. Timber shear walls could be divided in two types： light wood-framed shear wall and mass timber shear wall. A basis could be provided for structural design by comprehending the influence of different shear wall types on the seismic response of structures. In this paper， a novel uniaxial hysteretic model developed for timber structures was used to simulate hybrid structures with two types of wood shear walls. Four-story building structure models with and without friction damper on the top of the walls were established. Nonlinear time-history analyses under frequent and rare earthquakes were conducted. As a result， the distribution of responses， including the inter-story drift， the force level of structural components， and the dissipated energy， were obtained. Lastly， the influence of shear wall types on these responses was revealed and generalized.

Key words： timber shear wall； DowelType model； friction damper； steel-wood hybrid structure； seismic performance

0" 引 言

建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)減碳和環(huán)保的重要途徑之一是發(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑. 相比于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)在降低建筑能耗、減少碳排放以及減少空氣和水污染等方面都更有優(yōu)勢(shì). 我國(guó)人口眾多，而常用的木結(jié)構(gòu)建筑大多為3層以下，很難解決人口與土地的矛盾，國(guó)外的發(fā)達(dá)城市也同樣面臨這一問(wèn)題. 因此，有必要研究多高層木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù). 近年來(lái)，多高層木結(jié)構(gòu)建筑不斷涌現(xiàn)，成為低碳建筑的重要發(fā)展方向.

鋼木混合結(jié)構(gòu)體系是一種高效可行的多高層木結(jié)構(gòu)解決方案，可以彌補(bǔ)木材強(qiáng)度不足的缺點(diǎn).木混合結(jié)構(gòu)體系按混合方式的不同可以分為上下混合結(jié)構(gòu)體系、受力體系層面混合的結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件層面混合的結(jié)構(gòu)體系. 三種體系各具優(yōu)點(diǎn)，從不同層面發(fā)揮了木結(jié)構(gòu)的受力性能. 其中，受力體系層面混合的一種方式為將木剪力墻填充于鋼框架中，使剪力墻與框架共同承擔(dān)側(cè)向力，可形成適用于多高層結(jié)構(gòu)的鋼木混合體系. 該體系發(fā)揮了木結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系區(qū)分空間和滯回耗能的能力，以及鋼框架體系剛度大、整體性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，符合我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范的相關(guān)要求，具有較好的應(yīng)用前景. 如何合理地選擇該結(jié)構(gòu)體系中剪力墻的類(lèi)型，使結(jié)構(gòu)具有更好的抗震能力，是亟須解決的問(wèn)題. 本文首先對(duì)鋼框架-木剪力墻混合結(jié)構(gòu)中剪力墻的類(lèi)型和模擬方法進(jìn)行綜述，然后在既有研究的基礎(chǔ)上，使用前期經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究驗(yàn)證的有限元模型，對(duì)含不同類(lèi)型剪力墻的鋼木混合結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)進(jìn)行分析，歸納剪力墻類(lèi)型對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響機(jī)理和規(guī)律，為結(jié)構(gòu)的選型及設(shè)計(jì)提供依據(jù).

1" 鋼框架-木剪力墻混合結(jié)構(gòu)

本研究中的鋼框架-木剪力墻混合結(jié)構(gòu)如圖1所示. 為表達(dá)清楚，將圖中結(jié)構(gòu)的第3層炸開(kāi). 該結(jié)構(gòu)體系可以理解為在抗側(cè)力鋼框架的基礎(chǔ)上，在鋼框架梁柱之間填充木結(jié)構(gòu)剪力墻，使剪力墻與鋼框架協(xié)同抵抗側(cè)向力. 墻與框架使用鋼連接件、螺栓、自攻螺釘?shù)炔考纬裳b配式連接. 如果使用摩擦型高強(qiáng)螺栓連接，則為普通剛性連接. 而如果將螺栓連接孔設(shè)計(jì)為長(zhǎng)圓孔，當(dāng)連接節(jié)點(diǎn)內(nèi)力超過(guò)摩擦面的最大靜摩擦力時(shí)，節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生滑移，摩擦力做功耗能，則形成摩擦型阻尼器連接.

木剪力墻主要可分為輕木剪力墻和重木剪力墻兩種類(lèi)型. 傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的剪力墻通常為木骨架與覆面板組成，稱(chēng)為輕木剪力墻. 隨著木材工業(yè)的發(fā)展和對(duì)剪力墻剛度要求的提升，一些工程木材，如正交膠合木（CLT）、單板層積材（LVL）等可以直接用作剪力墻，稱(chēng)為重木剪力墻. 輕木剪力墻和重木剪力墻為鋼木混合結(jié)構(gòu)中剪力墻的兩種主要類(lèi)型. 輕木剪力墻的材料易于獲取，加工方式簡(jiǎn)單，施工技術(shù)成熟，目前在低層建筑中有廣泛的應(yīng)用. 但是其剛度有限，導(dǎo)致使用純輕木剪力墻體系可建造房屋的高度有限. 重木剪力墻的剛度大，是目前多高層木結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用更廣泛的剪力墻類(lèi)型.

已有國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)兩種剪力墻在鋼木混合結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用開(kāi)展了研究. 輕木剪力墻方面，2014年，HE等［1］率先對(duì)六榀鋼框架輕木剪力墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了往復(fù)加載試驗(yàn)研究，結(jié)果表明輕木剪力墻可以有效地與鋼框架共同發(fā)揮作用，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力. LI等［2］通過(guò)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象的細(xì)致觀察和總結(jié)，考察了各種性能指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的鋼木混合結(jié)構(gòu)層間位移角，并開(kāi)發(fā)了基于FOSCHI等［3］提出的Hyst算法的Abaqus非線性單元，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)中鋼框架和輕木剪力墻中的剪力分配機(jī)理和結(jié)構(gòu)可靠度的深入分析，指出該結(jié)構(gòu)體系具有較好的抗震耗能能力［4］. 此后，LUO等［5］在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，使用Meta分析和高斯過(guò)程回歸等方法，對(duì)剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能指標(biāo)的敏感性進(jìn)行了分析，指出中部樓層的剛度比影響較大，并指出余震會(huì)大幅提高結(jié)構(gòu)的失效概率. 重木剪力墻方面，2012年，DICKOF［6］提出鋼框架CLT剪力墻混合結(jié)構(gòu)，基于CLT結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了有限元模型，并基于美國(guó)規(guī)范對(duì)其延性系數(shù)和地震強(qiáng)度放大系數(shù)進(jìn)行了研究［7］. SCHNEIDER等［8］針對(duì)CLT與鋼框架的角鋼連接件進(jìn)行了往復(fù)加載試驗(yàn)研究，對(duì)其損傷進(jìn)行了評(píng)估，并采用SAWS滯回模型對(duì)節(jié)點(diǎn)滯回曲線進(jìn)行擬合［9］. TESFAMARIAM等［10］對(duì)不同層高的鋼框架CLT剪力墻多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震時(shí)程分析，總結(jié)了不同層高和剪力墻布置的結(jié)構(gòu)的地震易損性曲線，還總結(jié)了混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法. BEZABEH等［11-12］對(duì)混合結(jié)構(gòu)抗側(cè)單元進(jìn)行了時(shí)程分析，研究了其等效黏滯阻尼計(jì)算方法，并在直接位移法中引入所得結(jié)論，提出了混合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法［13］. 此后還進(jìn)一步得出了該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)基底剪力調(diào)整系數(shù)的計(jì)算方法［14］.

在木結(jié)構(gòu)的有限元模擬領(lǐng)域中，由于木材屬于天然高分子材料，其力學(xué)性能較復(fù)雜，難以從力學(xué)機(jī)理出發(fā)完成模擬. 因此，研究者通常使用基于現(xiàn)象的數(shù)學(xué)滯回模型對(duì)木結(jié)構(gòu)的非線性進(jìn)行模擬，尤其是在木連接件的節(jié)點(diǎn)部位，如自攻螺釘位置，可使用數(shù)學(xué)滯回模型模擬連接節(jié)點(diǎn)整體的滯回性能，而忽略基于力學(xué)的相互作用，提升模擬效率. 為了不降低模擬精度，選擇合適的滯回模型至關(guān)重要. 在1989年，DOLAN［15］開(kāi)發(fā)了用于模擬輕木剪力墻的兩段指數(shù)曲線滯回模型，其滯回曲線由零位移處的力和剛度來(lái)控制，滯回曲線每條分為兩段，分別使用指數(shù)函數(shù)確定該段的形狀. 2001年，F(xiàn)OLZ等［16］在CUREE-Caltech輕木結(jié)構(gòu)研究項(xiàng)目中提出了經(jīng)典的SAWS模型，又名改進(jìn)的Stewart模型. 這一模型的滯回部分由3條直線段組成，3條直線由剛度控制. 重加載曲線的目標(biāo)點(diǎn)為加載歷史中的最大位移用一個(gè)參數(shù)放大后對(duì)應(yīng)的點(diǎn). 該模型被寫(xiě)入開(kāi)源地震分析軟件OpenSees中，成為早期木結(jié)構(gòu)研究中使用較多的滯回模型. LOWES等［17］開(kāi)發(fā)的Pinching4模型也可以在OpenSees中直接使用. 盡管這一模型最初針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)而開(kāi)發(fā)，但有很多學(xué)者將其用于木結(jié)構(gòu)模擬［18-21］. 此外，PANG等［22］、RINALDIN等［23］、HUMBERT等［24］也分別提出了可應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)模擬的滯回模型. 但上述模型尚未整合到現(xiàn)有的成熟有限元軟件中.

2" 有限元模型

2.1 DowelType滯回模型

綜合參考現(xiàn)有模型的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合試驗(yàn)研究的結(jié)果，開(kāi)發(fā)了新的釘連接滯回模型，命名為DowelType. 它為單軸力-位移模型，既可模擬木結(jié)構(gòu)中單釘連接節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能，又可模擬群釘連接的節(jié)點(diǎn)的整體力學(xué)性能，還可模擬輕木剪力墻整體的剪力-位移關(guān)系. 該模型已通過(guò)C++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，并已被OpenSees所接收，納入了單軸滯回模型庫(kù). 該模型能有廣泛的適用性，主要?dú)w結(jié)于其以下3個(gè)主要特點(diǎn)：（1） 不僅可以模擬釘連接節(jié)點(diǎn)，還可以模擬其他金屬銷(xiāo)式連接節(jié)點(diǎn)，也可以同時(shí)考慮連接件的屈服，對(duì)于螺栓連接，亦可考慮其初始狀態(tài)下螺栓的滑移；（2） 含有3種骨架模型，分別是FOSCHI提出的指數(shù)曲線模型、Bezier曲線模型，及分段線性模型，用戶可以根據(jù)所模擬節(jié)點(diǎn)的滯回行為選擇適用的模型，避免對(duì)滯回準(zhǔn)則造成影響；（3） 滯回模型分為3段，分別是卸載段、捏縮段和重加載段，用戶可分別定義3段的剛度，并都設(shè)置了與加載歷史有關(guān)的損傷模型，3段之間使用光滑的貝塞爾曲線連接，加強(qiáng)滯回曲線的高階連續(xù)性.

本研究使用DowelType滯回模型來(lái)模擬3處結(jié)構(gòu)非線性：（1） 在輕木剪力墻精細(xì)化模型中模擬單釘連接；（2） 在輕木剪力墻簡(jiǎn)化模型中模擬墻體整體的剪力-位移關(guān)系；（3） 在墻體與框架的連接模型中模擬連接件中群釘連接的剪力-位移關(guān)系. 為滿足以上要求，使用了Foschi骨架模型和含有Takeda損傷的滯回模型. Foschi模型為專(zhuān)為木結(jié)構(gòu)研究而開(kāi)發(fā)的模型，其上升段的表達(dá)式為

F（D）=（F_0+R_1 K_0 D）[1-exp（（-K_0 D）/F_0 ） ] ，"""" （1）

其中，F(xiàn)為骨架曲線中的荷載；D為骨架曲線中的位移；F0為漸近線與y軸的截距；R1為漸近線剛度與初始剛度比；K0為初始剛度. 模型還定義了最大力所對(duì)應(yīng)的位移Dc. 當(dāng)位移超過(guò)Dc時(shí)，骨架曲線直線下降，由Kd定義下降段剛度，Du定義極限位移. 骨架曲線的整體形狀如圖2所示.

滯回曲線在傳統(tǒng)的SAWS滯回模型［9］的基礎(chǔ)上增加了由損傷引起曲線形狀變化的參數(shù). 形成的滯回曲線由3段直線所控制，分別命名為卸載控制線、捏縮控制線和重加載控制線. 將3段直線使用Bezier曲線光滑連接，即為本研究使用的滯回曲線，如圖3所示. 3條控制線在圖中使用虛線表示，實(shí)際控制線使用實(shí)線表示.

3條控制線中，卸載控制線過(guò)卸載點(diǎn)，其剛度Ku為初始剛度K0與系數(shù)Ru的乘積. 捏縮控制線的剛度為Kp，通過(guò)參數(shù)輸入，y軸截距為

F_I=F_I0+η（F_un-F_y ） ，"" （2）

其中，F(xiàn)I為滯回曲線的y軸截距；Fun為卸載點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載；FI0，F(xiàn)y，η由用戶定義，分別對(duì)應(yīng)初始y軸截距、截距變化系數(shù)和屈服荷載. 重加載控制線過(guò)位于骨架曲線上的目標(biāo)點(diǎn)，其剛度Kr與初始剛度相同，位移

D_tar=βγ^λ D_m ，"""" （3）

其中，β，γ為用戶定義的系數(shù)；λ為基于能量的損傷因子，初始值為0，隨著結(jié)構(gòu)開(kāi)始耗能而逐步增大；Dm為歷史最大位移. 3條控制線的損傷后剛度Kdeg還要根據(jù)Takeda模型進(jìn)行損傷計(jì)算：

K_deg={（K ，amp;|D_m |≤D_y@K（D_y/|D_m | ）^（α_u ）nbsp; ，amp;|D_m |gt;D_y ）┤ ，""" （4）

其中，K為損傷前的剛度；Dm為歷史最大位移； Dy與αu由用戶定義，分別表示屈服位移和損傷參數(shù). 該滯回模型的有效性已經(jīng)在其他研究中得到驗(yàn)證［25］. 本文直接使用該模型在OpenSees軟件中完成輕木剪力墻及重木剪力墻與鋼框架混合結(jié)構(gòu)的時(shí)程分析，并對(duì)比兩種剪力墻對(duì)鋼木混合結(jié)構(gòu)抗震性能的影響.

2.2 有限元模擬方法

對(duì)輕型木剪力墻結(jié)構(gòu)的模擬有兩種方式. 一種是使用精細(xì)化建模，將輕木剪力墻的木龍骨、覆面板和釘連接都進(jìn)行建模分析. 這種方法對(duì)墻的變形和受力的模擬更為準(zhǔn)確，但是模型中的非線性單元極多，計(jì)算效率較低. 另一種是使用簡(jiǎn)化建模，將一片輕木剪力墻當(dāng)作一個(gè)整體，使用一個(gè)非線性彈簧來(lái)模擬輕木剪力墻的整體剪力-位移滯回關(guān)系. 其計(jì)算效率高，但是使用的非線性彈簧的參數(shù)需要依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)或精細(xì)化模擬結(jié)果確定. 因此，本研究對(duì)于輕木剪力墻的模擬共分兩步：先使用OpenSees精細(xì)化模型進(jìn)行模擬，得到精細(xì)化模型的力-位移曲線； 然后再建立簡(jiǎn)化的OpenSees模型，使用一個(gè)DowelType滯回模型來(lái)代表所有墻體整體的力-位移關(guān)系.

在精細(xì)化模型中，對(duì)于釘連接使用雙向的DowelType模型進(jìn)行模擬，模型的參數(shù)根據(jù)前期進(jìn)行的釘連接節(jié)點(diǎn)往復(fù)加載試驗(yàn)的結(jié)果確定. 對(duì)于木龍骨使用彈性歐拉梁?jiǎn)卧M，豎向龍骨與橫向龍骨的連接處使用鉸接. 覆面板使用殼單元來(lái)模擬. 殼單元的厚度與OSB板的厚度相同，截面使用各向異性的彈性材料來(lái)模擬. 材料參數(shù)均根據(jù)前期材性試驗(yàn)來(lái)確定. 為了模擬剪力墻外部鋼框架對(duì)墻體的約束作用，對(duì)鋼框架和剪力墻與鋼框架的連接部分也建立模型. 鋼框架使用含有纖維截面的歐拉梁?jiǎn)卧?，纖維使用理想彈塑性模型. 連接處使用兩個(gè)鈍角三角形剛性桁架，分別模擬與鋼梁上的連接件和剪力上的連接件. 兩個(gè)三角形的鈍角點(diǎn)使用剛性彈簧連接，模擬高強(qiáng)螺栓摩擦型連接. 另外兩個(gè)角點(diǎn)分別與鋼梁與木剪力墻連接. 與鋼梁進(jìn)行剛性連接，模擬高強(qiáng)螺栓. 與木剪力墻使用雙向的DowelType模型彈簧連接，模擬連接使用的自攻螺釘. 精細(xì)化模型如圖4所示， 其有效性已進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證［26］.

對(duì)建立的精細(xì)化模型使用CUREE加載制度進(jìn)行單向加載和往復(fù)加載. 通過(guò)記錄連接節(jié)點(diǎn)處彈簧的內(nèi)力可計(jì)算出加載過(guò)程中剪力墻內(nèi)部的剪力. 通過(guò)記錄剪力墻頂梁板處節(jié)點(diǎn)的平均位移可以獲取剪力墻的位移. 將剪力-位移關(guān)系繪制成滯回曲線，即為該剪力墻的整體滯回曲線. 然后使用DowelType模型對(duì)其擬合，可得到簡(jiǎn)化模型所需要的模型參數(shù).

簡(jiǎn)化模型中，在墻體上、下邊緣位置使用歐拉梁?jiǎn)卧M頂梁板和底梁板，在左、右邊緣位置使用兩個(gè)桁架單元模擬木龍骨中豎骨柱的軸向抗壓能力. 然后使用一個(gè)代表木剪力墻整體剪力-側(cè)移關(guān)系的DowelType模型來(lái)連接墻頂和墻底. 連接墻頂時(shí)，使用兩根剛性桿，一端分別鉸接于頂部梁?jiǎn)卧膬啥耍硪欢算q接于墻體的形心點(diǎn)，形成一個(gè)三角形. 墻底的連接方法類(lèi)似，形成另一個(gè)三角形. 兩個(gè)三角形的頂點(diǎn)重合，使用一個(gè)水平方向的DowelType模型彈簧連接.

重木剪力墻的剛度很大，普遍認(rèn)為重木剪力墻的剪切型變形遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)動(dòng)位移. 因此，在輕木剪力墻模型的基礎(chǔ)上將原有用于模擬墻體的DowelType模型替換為剛性彈簧模型，將連接件的參數(shù)更換為用于連接重木剪力墻連接件的參數(shù)，即可模擬重木剪力墻的滯回性能. 用于模擬輕木、重木剪力墻的簡(jiǎn)化模型如圖5所示.

如使用螺栓長(zhǎng)圓孔連接構(gòu)成的阻尼器作為連接節(jié)點(diǎn)時(shí)，在模擬鋼連接件的兩個(gè)三角形的連接節(jié)點(diǎn)處使用理想彈塑性模型彈簧替代剛性連接，即可模擬摩擦型阻尼器連接. 為使摩擦型阻尼器起到保護(hù)所連接墻體的作用，對(duì)于輕木剪力墻，使用剪力墻極限承載力的40%作為摩擦型阻尼器的激發(fā)力. 對(duì)于重木剪力墻，使用連接節(jié)點(diǎn)極限承載力達(dá)到40%時(shí)的，結(jié)構(gòu)可承擔(dān)的水平力作為激發(fā)力. 通過(guò)這種方式可以使主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)處于低損傷狀態(tài)，使墻體在震后無(wú)須修復(fù)即可正常使用，提升結(jié)構(gòu)的可修復(fù)性.

2.3 結(jié)構(gòu)時(shí)程分析

從一個(gè)按實(shí)際工程要求設(shè)計(jì)的四層辦公樓結(jié)構(gòu)中提取一榀四層鋼木混合抗側(cè)力框架作為時(shí)程分析的對(duì)象，按不同剪力墻類(lèi)型和是否設(shè)置阻尼器，設(shè)計(jì)為4種構(gòu)造，命名為S1～S4. 其中，S1與S2為輕木剪力墻，S3與S4為重木剪力墻；S1與S3無(wú)阻尼器，S2與S4有阻尼器，如圖6所示. 4個(gè)結(jié)構(gòu)的鋼框架采用Q235鋼材的H形鋼，1～3層柱截面尺寸為HW175 mm×175 mm×7.5 mm×11 mm，梁截面尺寸為HN 250 mm×125 mm×5 mm×8 mm. 頂層柱截面尺寸為HW150 mm×150 mm×7 mm×10 mm，梁截面尺寸為HN 200 mm×100 mm×4.5 mm×7mm. 使用的輕木剪力墻墻骨柱間距為400 mm，雙面覆12 mm厚歐松板，使用3.8 mm直徑氣槍釘連接，加密區(qū)釘間距75 mm，非加密區(qū)釘間距150 mm. 使用的重木剪力墻為80 mm厚CLT，在板頂和板底靠近邊緣處使用抗拔連接件連接，靠近中心處使用抗剪連接件連接. 使用的主要滯回模型參數(shù)如表1所示.

從PEER NGA West2數(shù)據(jù)庫(kù)中選取一組30條地震波，以原型結(jié)構(gòu)所在場(chǎng)地對(duì)應(yīng)的規(guī)范反應(yīng)譜為目標(biāo)進(jìn)行多遇地震和罕遇地震的調(diào)幅，使地震波的平均反應(yīng)譜接近并不低于目標(biāo)反應(yīng)譜. 以罕遇地震下的反應(yīng)譜為例，得到的平均反應(yīng)譜如圖7所示.

分別進(jìn)行4個(gè)結(jié)構(gòu)模型在多遇地震和罕遇地震下的非線性時(shí)程分析，獲取結(jié)構(gòu)的最大層間位移角、框架，以及剪力墻的最大內(nèi)力水平等響應(yīng)，進(jìn)行對(duì)比分析. 其中，結(jié)構(gòu)的最大層間位移角使用各層側(cè)向位移與層高的比值計(jì)算. 框架的內(nèi)力水平Jf使用框架剪力與該層框架屈服力之比定義，該層框架屈服力通過(guò)固定其他層的側(cè)移，對(duì)該層進(jìn)行推覆分析獲得. 由于各層之間的相互影響，Jfgt;1不一定表征框架開(kāi)始進(jìn)入塑性狀態(tài)，但仍可以作為內(nèi)力水平的參考. 剪力墻的內(nèi)力水平Jw使用墻體剪力與墻體的最大抗側(cè)承載力之比定義. 由于木剪力墻沒(méi)有明顯的初始完全彈性段，當(dāng)Jwlt;0.4時(shí)，可認(rèn)為墻體處于無(wú)損狀態(tài)；當(dāng)Jwgt;0.4時(shí)，隨著Jw的增大，墻體的損傷逐漸增大.

3" 結(jié)果分析與討論

3.1 層間位移角

對(duì)所研究的4個(gè)結(jié)構(gòu)在頻遇地震和罕遇地震下分別進(jìn)行30條地震波下的時(shí)程分析，將不同結(jié)構(gòu)的層間位移角統(tǒng)計(jì)值繪制為盒須圖，如圖8所示. 其左右兩幅子圖分別對(duì)應(yīng)頻遇地震和罕遇地震. 縱軸表示從第1層到第4層，每層中又從下到上分為4個(gè)量，分別表示試件S1～S4. 橫軸表示層間位移角. 盒須圖將30條地震波的響應(yīng)結(jié)果按樣本數(shù)量分成4個(gè)區(qū)，中央矩形盒代表第2、第3區(qū)，以代表中位數(shù)的盒中豎線為界. 兩側(cè)須分別代表第1、第4區(qū). 圖中三角形代表平均值.

對(duì)于不含阻尼器的結(jié)構(gòu)，由于重木剪力墻的剛度大于輕木剪力墻的剛度，重木混合結(jié)構(gòu)的層間位移角顯著小于輕木剪力墻混合結(jié)構(gòu). 在罕遇地震下重木混合結(jié)構(gòu)的最大層間位移角在0.5%以下，輕木混合結(jié)構(gòu)的最大層間位移角為1.5%，均滿足抗震要求. 各層的層間位移角分布均比較均勻.

添加阻尼器對(duì)兩種結(jié)構(gòu)在多遇地震下的層間位移角均無(wú)影響. 因?yàn)橐罁?jù)設(shè)計(jì)，阻尼器在多遇地震下不激發(fā)，相當(dāng)于剛性連接. 在罕遇地震下，阻尼器對(duì)重木結(jié)構(gòu)的層間位移角有顯著影響，對(duì)于下部2層，層間位移角有顯著增大，底層增大最為明顯，為無(wú)阻尼器的3.7倍. 這主要是由于阻尼器發(fā)生了未恢復(fù)的滑移所導(dǎo)致. 但盡管層間位移角增大較多，最大值仍在1.4%以內(nèi)，滿足抗震設(shè)計(jì)要求. 而對(duì)于上部2層，添加阻尼器后層間位移角進(jìn)一步減小，約為無(wú)阻尼器的40%. 這是由于下部2層的阻尼器激發(fā)時(shí)，下部剛度減小，起到了減小上部樓層所受地震作用的效果，類(lèi)似于底部隔震作用. 對(duì)于輕木結(jié)構(gòu)，阻尼器的影響規(guī)律相同，但是對(duì)下部層間位移角的增大程度相比重木結(jié)構(gòu)較小. 這是由于輕木剪力墻的剛度相對(duì)較低，在阻尼器發(fā)生滑移之前，已經(jīng)產(chǎn)生了一部分塑性變形，因此阻尼器的作用比重木剪力墻弱.

3.2 內(nèi)力水平

在頻遇地震和罕遇地震下，鋼框架的內(nèi)力水平Jf均小于1，結(jié)構(gòu)的非線性主要出現(xiàn)在木剪力墻與阻尼器的組合中. 將木剪力墻的內(nèi)力水平Jw繪制為盒須圖，如圖9所示. 可以看出，在頻遇地震下，輕木剪力墻的內(nèi)力水平小于0.25，重木剪力墻的內(nèi)力水平小于0.15，均可認(rèn)為處于彈性狀態(tài)，滿足抗震要求. 在罕遇地震下，當(dāng)不附加阻尼器時(shí)，輕木剪力墻的受力水平最大達(dá)到0.71，平均水平為0.60，可認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的破壞. 重木剪力墻的受力水平最大達(dá)到0.61，平均水平為0.49，低于輕木剪力墻的受力水平，損傷更小. 并且重木剪力墻的破壞主要出現(xiàn)在連接件局部，而墻體本身不存在明顯破壞，因此盡管其受力水平較高，但可修復(fù)性強(qiáng)于輕木剪力墻.

附加阻尼器之后，由于阻尼器的保護(hù)作用，輕木、重木剪力墻的內(nèi)力水平都明顯降低. 下部二層輕木剪力墻的平均內(nèi)力水平均為0.4，與阻尼器的激發(fā)力設(shè)計(jì)相符. 處于這一內(nèi)力水平的輕木剪力墻可被視作無(wú)損. 重木剪力墻的平均內(nèi)力水平為0.2，亦與設(shè)計(jì)相符，也保證了剪力墻的無(wú)損狀態(tài). 可見(jiàn)，添加了阻尼器后，盡管層間位移角有所增加，但是從主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的操作角度看，結(jié)構(gòu)可在罕遇地震下保持無(wú)損.

3.3 阻尼器耗能

記錄罕遇地震下阻尼器的力-位移關(guān)系，并進(jìn)行積分，可計(jì)算阻尼器耗散的地震能量. 對(duì)于輕木、重木剪力墻結(jié)構(gòu)，均只有第一層和第二層的阻尼器激發(fā)，因此只把S2，S4試件的第一、二層阻尼器耗能繪制成盒須圖，如圖10所示. 可以看出，對(duì)于第一層，重木剪力墻的阻尼器耗散能量平均值比輕木高70%，且最大值比輕木高約90%. 這表明使用重木剪力墻的阻尼器可以更好地發(fā)揮耗能的作用.

4" 結(jié) 論

本文使用新型滯回模型，建立了傳統(tǒng)剛性連接和含有摩擦型阻尼器節(jié)點(diǎn)的鋼框架-木剪力墻混合結(jié)構(gòu)模型，并設(shè)置了輕木剪力墻和重木剪力墻2種不同剪力墻類(lèi)型. 根據(jù)中國(guó)抗震規(guī)范選取了一組30條地震波，并根據(jù)頻遇地震和罕遇地震進(jìn)行調(diào)幅，對(duì)4種不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性時(shí)程分析，獲取結(jié)構(gòu)的層間位移角、框架和剪力墻的內(nèi)力水平，以及阻尼器耗散的能量， 再對(duì)不同剪力墻類(lèi)型對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響進(jìn)行了對(duì)比分析， 得出主要結(jié)論如下.

（1） 頻遇地震下重木剪力墻混合結(jié)構(gòu)的剛度較大，層間位移角較小. 輕木、重木結(jié)構(gòu)內(nèi)力水平均較低，整體處于彈性狀態(tài)，阻尼器不激發(fā)，相當(dāng)于剛性連接.

（2） 在罕遇地震下，不含阻尼器的輕木剪力墻損傷程度較大，重木剪力墻的損傷程度較小，集中在節(jié)點(diǎn). 添加阻尼器后，兩種剪力墻均可保持無(wú)損.

（3） 重木剪力墻上安裝阻尼器的耗能能力超過(guò)輕木剪力墻，阻尼器的滑移可起到底部隔震的作用，減少上層結(jié)構(gòu)的層間位移角，但低層結(jié)構(gòu)層間位移角增大.

后續(xù)工作中，應(yīng)充分利用阻尼器引起層間位移角重新分布的特點(diǎn)，提出適當(dāng)?shù)淖枘崞髟O(shè)計(jì)方法，使結(jié)構(gòu)在保持罕遇地震下無(wú)損的同時(shí)，有均勻的側(cè)向變形.

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（責(zé)任編輯：顧浩然）