第1章　抗震结构体系概论
　　1.1　水平地震作用及其效应
　　为了对建筑结构进行抗震设计，首先需要将地震时发生的三维地面震动转换为施加到建筑结构上的水平方向和竖向方向的地震作用。地震作用是一种间接作用，其作用效应主要是使得建筑结构产生水平侧向力引起的内力和变形。尽管建筑结构也会受到竖向地震作用，但建筑物自身的重力通常能够提供足够的抗力。因此，竖向地震作用只在特殊情形下需要考虑。水平地震作用是建筑结构抗震设计的主要依据。图1.1为1995年日本神户地震后一栋倒塌的建筑。图1.2为2008年四川汶川大地震的受灾现场。
　　计算建筑结构受到的地震作用的基本公式是：力=质量×加速度。该公式将地震作用的大小与建筑物自身的质量和加速度联系起来。建筑物的质量包括所有结构和非结构构件的质量，而建筑物受到的加速度表达为重力加速度乘以一个系数。显然，建筑物受到的地震作用是一种惯性力。
　　建筑物是空间体系，建筑物是空间体系，不管其平面形状是否规则，均可以根据其平面尺寸和结构布置特点，确立主轴方向以及与主轴方向呈90°的垂直方向。地震发生时，地震动的水平传播方向是随机而无法预知的，因此，为了方便，往往将任意水平方向的地震作用分解为沿着建筑物主轴方向和垂直方向的双向水平地震作用。如图1.3所示，当水平地震作用是沿着某结构构件（如剪力墙或框架）的平面方向时，该结构构件受到的是平面内地震作用［图1.3（a）］；否则受到的是平面外地震作用［图1.3（b）］。
　　水平地震作用是一种惯性力，因此建筑物不同部位引起的水平地震作用与其自重相关。对于顶层而言，其惯性力来自屋盖及顶层层高一半范围内的竖向构件的总质量，对于中间楼层，其惯性力取决于楼盖及其上下楼层层高一半范围内的竖向构件的总质量。而从水平地震作用自上往下传递的路径来看，某一楼层需要传递（或承受）的水平地震作用是该楼层及其以上所有楼层的惯性力之和。因此，建筑物基础顶面受到的是所有楼层向下传递的水平地震作用的总和，亦称为底部剪力。
　　多层建筑进行抗震设计时，将底部剪力沿建筑高度分配到各层楼盖及屋盖。分配依据的是各层的从属质量及其到地面的高度。底部剪力分配的结果为上部楼层分配的水平力大于下层，形成“倒三角”水平力分布，大致符合地震发生时引起的水平地震作用的实际分布情形。如果设计的是侧向柔度较大的高层建筑，进行底部剪力分配时，需要在其屋顶层附加一定的水平地震作用，考虑所谓的“鞭梢效应”。
　　水平地震作用也会引起建筑物发生水平方向的变形。由于基础地面与地基土层的摩擦力以及地基土层对基础或桩基表面的侧向压力，建筑物在水平地震作用下不会发生水平滑动，但基础以上的上部结构会发生侧移。抗震分析、设计中一般会关注两种侧移，一是建筑物顶端发生的*大侧移，二是相邻上、下楼板间发生的相对侧移。
　　1.2　抗侧力结构体系
　　为建筑结构提供可靠的抗侧力结构体系，对于保护建筑结构具有关键的作用。抗侧力结构体系，指的是将建筑结构任何部位所受到的由地震作用引起的内力安全、可靠地向下传递到基础的上部结构体系。按照受力特征的不同，常见的抗侧力结构主要包括抗弯框架、剪力墙和支撑框架。此外，框架也经常与剪力墙或筒体组合形成复合抗侧力结构体系，共同抵御水平侧向力的效应。
　　1.2.1　抗弯框架
　　如图1.4所示，抗弯框架结构体系由框架梁、柱受力构件组成。框架梁、柱之间的连接节点一般被认为是刚性的。框架结构受到楼盖传递的水平地震作用后，在梁、柱构件中主要引起弯矩和剪力内力。对于常规建筑物，互相垂直的两个主轴方向需要单独配置框架梁，但框架柱可以同时满足两个方向的抗震需要。受弯框架具有良好的非线性变形能力。采用能力设计法时，一般会选择框架梁端部区域提供屈服后的塑性变形，确保框架柱具有超过考虑了超强因素的梁端塑性铰抗弯承载力，即所谓的“强柱弱梁”，从而保证框架柱保持在弹性范围内。如图1.5所示，如果设计不合理，会导致框架柱先于框架梁发生破坏，此时建筑结构受到的损伤将难以修复。受弯框架的侧向刚度较小，受到较强地震作用时会发生较大变形，因此，需要采取措施，防止框架梁、柱发生较大变形时非结构构件的破坏。
　　1.2.2　剪力墙
　　剪力墙是一种竖向悬臂构件（图1.6）。发生水平地震作用时，剪力墙内部产生弯矩和剪力，且越靠近底部截面，弯矩内力越大。由于剪力墙侧向刚度较大，处于低、中抗震设防烈度区域时，可以通过设计确保墙体基本处于弹性范围。随着设防烈度的提高，屈服后的塑性损伤主要集中在墙体底部区域，*终形成塑性铰区域，而剪力墙上部区域塑性损伤较小。底部区域形成塑性铰后，剪力墙会围绕塑性铰发生刚体转动。
　　对于单肢剪力墙而言，较为理想的破坏模式就是由于受弯而出现底部塑性铰。与之相对的是发生剪切破坏，如图1.7所示。因此，剪力墙抗震设计应保证“强剪弱弯”，从而避免剪力墙出现脆性的剪切破坏。
　　1.2.3　支撑框架
　　支撑框架这一抗震结构形式主要出现在多层钢结构建筑或工业厂房中。其基本特点是采用斜撑来传递水平地震作用引起的内力。斜撑构件通常是以一定倾角布置在框架梁、柱之间，以承受轴向拉力、压力为主。对于型钢斜撑构件而言，轴向受拉是*有利的，但水平地震作用的往复性决定了斜撑构件要承受轴向压力，因此需要考虑其长细比并采取恰当的构造措施，防止发生受压失稳破坏。
　　1.3　建筑抗震设计方法的基本原理
　　1.3.1　建筑结构侧向力传力路径
　　如图1.10所示，一栋典型的建筑结构的侧向力传力路径包括楼盖（屋盖）及其与抗侧力结构的连接、抗侧力结构以及基础。由于楼盖（屋盖）一般具有*集中和*大的质量，地震发生时，各层楼盖及屋盖获得了加速度，产生惯性力，通过楼盖（屋盖）与抗侧力结构（如框架、剪力墙等）的连接将惯性力传递到抗侧向力结构，再通过抗侧力结构自身的传力机制，将惯性力传递至基础。
　　可见，为了确保侧向力传递路径的有效性和安全性，楼盖（屋盖）及其与抗侧力结构连接的可靠性非常重要。如图1.11和图1.12所示，屋盖、楼盖与周边剪力墙的连接部位均发生了破坏，其原因就在于连接部位强度不足，无法将屋盖和楼盖的惯性力传递到剪力墙。
　　1.3.2　抗侧力结构的基本概念
　　如图1.13所示，采用“串联链条”的概念描述地震作用效应在建筑结构内部的传递过程，合理的抗震设计将确保其中一个环节发挥“保险丝”的作用，即其余的环节（构件）均基本维持弹性状态（或较低程度的塑性损伤），而“保险丝”构件发生较大的塑性变形来耗散地震输入的能量，从而达到保护其他结构部位的目的。
　　可见，无论采用何种抗侧向力结构，其抗震设计的关键就是合理设置“保险丝”。对于受弯框架而言，通过“强柱弱梁”将梁两端设置为“保险丝”，率先进入受弯屈服，形成塑性铰，而柱基本维持完整和较低程度损伤；对于剪力墙而言，通过对其两端边缘构件及底部区域的合理设计和构造措施，确保底部受弯形成塑性铰。中心支撑框架是利用斜撑杆件的轴向受力屈服形成薄弱环节率先破坏，偏心支撑框架则是利用连梁段的剪切变形耗能。
　　1.3.3　楼盖和屋盖抗震设计
　　如前所述，屋盖和楼盖由于自身的集中质量，在地震发生时产生惯性力。屋盖和楼盖自身需要具备足够的抗力承受地震惯性力，此外，还需要确保其与竖向抗震构件的可靠连接，将惯性力传递下去。楼盖（或屋盖）向竖向抗震结构传递地震作用的方式较为复杂，需要考虑楼盖自身的刚性，也要考虑竖向抗震结构的相对刚性。楼盖可被简化为柔性楼盖或者刚性楼盖。当楼盖为柔性楼盖时（比如木结构楼盖），可按照从属面积将楼盖地震作用分配到竖向抗震结构，类似于楼板向梁传递重力荷载的方式。不考虑强轴垂直于加载方向的竖向抗震结构。当楼盖（或屋盖）可视为刚性时（比如钢筋混凝土楼盖），楼盖传递地震作用的机制需要考虑所有方向布置的竖向抗震结构的相对刚度，且需考虑楼盖自身偏心扭矩的传递分配问题。楼盖与竖向抗震结构的相对刚度大小同样会影响楼盖传递地震作用的方式，比如，如果竖向抗震结构采用的是柔性较大的抗弯框架而不是剪力墙，则楼盖对于地震作用的传递会更加接近刚性楼盖。
　　以图1.14所示为例，建筑结构两侧为剪力墙，作为该方向上的抗震结构体系，两端布置的两片剪力墙可以视为与之相连的楼盖（或屋盖）的两端支座。将楼盖（屋盖）所受地震作用简化为均布于平面内的荷载，则楼盖或屋盖在平面内的受力类似于一根深梁，虚线所示为变形后的形状，*大剪力（Vmax）发生在楼盖（或屋盖）与剪力墙连接的部位，*大的弯矩正应力（M）发生在楼盖（或屋盖）地震沿着惯性力方向的前后两端。以此为依据，进行楼盖（屋盖）的抗震设计。对于一般的钢筋混凝土楼板或者压型钢板-混凝土组合楼板，其自身强度往往足以承受图1.14所示的弯矩和剪力内力。楼盖（屋盖）抗震设计的难点和重点，一是与抗震结构（如剪力墙）的连接部位，二是楼盖（屋盖）承受*大弯矩正应力的能力。
　　如图1.15所示，考虑图示地震侧向力的作用方向，仍以剪力墙作为抗震结构，假定采用柔性楼盖。右侧剪力墙宽度与楼盖进深相同，两者全长度范围完全连接，需要传递的剪力（V2）沿着全长均匀分布；

目录
第1章　抗震结构体系概论　1
1.1　水平地震作用及其效应　1
1.2　抗侧力结构体系　3
1.2.1　抗弯框架　3
1.2.2　剪力墙　4
1.2.3　支撑框架　5
1.3　建筑抗震设计方法的基本原理　6
1.3.1　建筑结构侧向力传力路径　6
1.3.2　抗侧力结构的基本概念　8
1.3.3　楼盖和屋盖抗震设计　9
第2章　高层建筑联肢剪力墙研究进展　10
2.1　钢板组合剪力墙　16
2.2　混凝土联肢剪力墙　18
2.3　混合联肢剪力墙结构　21
参考文献　22
第3章　组合联肢剪力墙抗震性能试验验证　27
3.1　钢框架钢板混凝土组合联肢剪力墙抗震性能　27
3.1.1　试验目的　27
3.1.2　试件设计　27
3.1.3　材性试验　35
3.1.4　加载装置和加载制度　36
3.1.5　测点布置　37
3.1.6　应变观测　37
3.1.7　位移及变形观测　37
3.1.8　裂缝观测　38
3.1.9　力观测　38
3.1.10　试验现象　38
3.1.11　试验破坏特征　50
3.1.12　试验数据处理　54
3.2　基于螺栓连接的钢板混凝土组合联肢剪力墙抗震性能研究　63
3.2.1　试件设计　64
3.2.2　钢构件模块划分及螺栓连接计算　65
3.2.3　试件制作及材性试验　67
3.2.4　加载装置和加载制度　70
3.2.5　量测方案　72
3.2.6　应变观测　72
3.2.7　荷载和变形监控　74
3.2.8　裂缝观测　75
3.2.9　试验现象　75
3.2.10　试件破坏过程　92
3.2.11　试验数据分析　95
参考文献　118
第4章　基于耦连比的联肢剪力墙抗震设计方法　118
4.1　规范设计方法　118
4.1.1　根据现行规范的分类　119
4.1.2　体系分析　119
4.1.3　连梁与墙肢超强　120
4.1.4　连梁荷载竖向调幅　121
4.1.5　设计流程　122
4.2　基于性能的抗震设计方法　122
4.2.1　性能目标　122
4.2.2　推荐的分析方法　122
4.2.3　建模概述　122
4.2.4　荷载模型　123
4.2.5　非线性分析程序的力-变形响应　123
4.2.6　非线性静态过程的简化模型　123
4.2.7　耦连比初步设计　123
4.2.8　混合联肢剪力墙参数的确定方法　123
4.2.9　验收标准　125
4.2.10　连梁　125
4.2.11　钢筋混凝土墙肢　125
4.2.12　设计过程　125
4.3　基于能量平衡的塑性设计方法　125
4.3.1　性能目标　125
4.3.2　目标屈服机制　125
4.3.3　目标层间位移角　126
4.3.4　简化的能量平衡方程　127
4.3.5　*大地震输入能　132
4.3.6　弹性振动能　132
4.3.7　塑性变形能　132
4.3.8　结构设计基底剪力与倾覆力矩　133
4.3.9　结构构件的塑性设计　133
4.3.10　构件的内力确定　133
4.3.11　构件设计准则　134
4.3.12　组合联肢剪力墙结构塑性设计方法流程　135
参考文献　137
第5章　考虑耦连比的联肢剪力墙抗震性能评估　139
5.1　算例设计　139
5.2　有限元模型的建立与验证　141
5.2.1　混凝土本构模型　141
5.2.2　钢材本构模型　142
5.2.3　单元类型选取与网格划分　143
5.2.4　荷载与分析步设置　144
5.2.5　结构阻尼　146
5.2.6　模态分析　146
5.2.7　试验对比验证　147
5.3　静力弹塑性分析　151
5.3.1　静力弹塑性分析方法简述　151
5.3.2　推覆曲线基本特征　151
5.3.3　结构整体屈服情况　151
5.3.4　墙肢内力发展规律　151
5.3.5　连梁剪力发展规律　152
5.3.6　结构CR发展规律　154
5.4　动力弹塑性时程分析　158
5.4.1　动力弹塑性时程分析概述　158
5.4.2　地震记录选择标准　158
5.4.3　地震记录来源　159
5.4.4　地震记录的调幅　161
5.4.5　*大层间位移角　162
5.4.6　层剪力与弯矩分布　165
5.4.7　动力基底剪力　173
5.4.8　墙肢内力　174
5.4.9　连梁剪力　175
5.4.10　结构地震损伤　177
参考文献　189
第6章　基于几何参数优化的联肢剪力墙抗震设计方法　189
6.1　联肢剪力墙的耦连比及其主要几何参数的关系　189
6.2　基于几何参数的联肢墙原型结构设计　189
6.3　基于Perform-3D的联肢墙建模　190
6.3.1　材料本构的模型化　190
6.3.2　构件的模型化　198
6.3.3　模态分析对比　201
6.4　程序对比试验验证　206
6.4.1　试验概况　206
6.4.2　试件建模　207
6.4.3　滞回曲线对比　209
6.5　静力推覆分析　210
6.5.1　静力推覆分析概述　210
6.5.2　刚性隔板与轴力释放分析　213
6.5.3　推覆曲线分析　216
6.5.4　极限承载力　218
6.5.5　结构刚度　219
6.5.6　结构位移　220
6.5.7　楼层变形　220
6.6　非线性动力时程分析　222
6.6.1　顶点位移角　222
6.6.2　层间位移角　223
6.6.3　层剪力　225
6.6.4　构件弯矩　225
6.6.5　构件损伤　226
6.7　基于IDA方法的结构地震易损性分析　236
6.7.1　增量动力分析　236
6.7.2　结构地震易损性分析　239
6.8　响应面分析　257
6.8.1　响应面法基本理论与应用　257
6.8.2　中心复合设计　258
6.8.3　响应面分析与性能评价　262
参考文献　287
第7章　混合联肢剪力墙施工技术　288
7.1　施工难点及传统施工方法　288
7.1.1　施工难点　288
7.1.2　传统施工方法及施工流程　288
7.1.3　地脚螺栓预埋　288
7.1.4　钢梁预埋施工　288
7.1.5　钢柱安装　289
7.1.6　钢梁的安装　294
7.1.7　核心筒钢骨柱、钢板墙的安装　296
7.1.8　焊接工艺　298
7.1.9　焊接应力控制　298
7.1.10　钢结构测量技术　298
7.1.11　测量控制点的精度复核　298
7.2　施工技术创新及特点　298
7.2.1　技术创新　298
7.2.2　技术特点　298
7.2.3　施工技术原理　298
7.2.4　整体施工流程　298
7.2.5　操作要点　298
7.3　施工质量控制措施　298
7.3.1　执行的主要质量控制标准　298
7.3.2　质量控制措施　298
7.4　施工安全措施　298
7.4.1　安全文明施工目标　298
7.4.2　安全管理体系　298
7.4.3　防火防触电措施　298
7.4.4　钢结构安装安全管理体系　298
7.4.5　特殊气候条件下施工　298
7.5　工期保证措施　298
7.5.1　机械保证　298
7.5.2　组织保证　298
7.5.3　管理保证　298
7.5.4　技术保证　298
7.5.5　物资保证　298
7.5.6　劳动力保证　298
7.6　环保措施　298
附录A　组合墙肢含钢及配筋信息　298
附录B　钢连梁截面信息　298
附录C　动力弹塑性时程分析所用地震加速度原始时程及其反应谱　298
附录D　结构模型配筋信息　298
附录E　非线性动力时程分析所用的地震动加速度时程及反应谱　298
附录F　增量动力分析所用的地震动加速度时程曲线　298