耦联率(CR)是指联肢墙体系底部截面轴力抵抗的倾覆弯矩与总倾覆力矩的比值。下面以双肢剪力墙为例,说明耦联率的概念及意义。图5.1为悬臂剪力墙及联肢墙在水平作用下的响应,系统分别由左墙肢(LW)和右墙肢(RW)组成。
在用楼盖或弱连梁联系的悬臂墙体系中,倾覆弯矩全部由各墙肢承担(图5.1a)。而在联肢剪力墙体系中,连梁承受剪力,两端墙肢分别受拉力T和压力C,其组成的力偶可以抵抗部分倾覆弯矩(图5.2b)。对于双肢剪力墙体系,则C=T=N,其基底处的力矩平衡条件为
Mo=ΣMw+Nlw(5-1)
式中,Mo为双肢墙基底部的总倾覆力矩;ΣMw为所有墙肢承受的力矩之和;N为墙肢的轴力;lw为两墙肢形心轴之间的距离。
图5.1b中墙肢底部的轴力(上层所有连梁中剪力之和)取决于连梁刚度和强度,墙肢底部轴力所抵抗的倾覆力矩与总倾覆力矩之比可表示为:
CR=Nlw/Mo (5-2)
式中,CR为联肢剪力墙耦联率,其值反映了连梁刚度和强度对联肢墙受力性能的影响。
图5.1 悬臂剪力墙与联肢墙在水平作用下的响应
由于多肢剪力墙受力较为复杂,试验及理论分析多以双肢剪力墙为例进行研究。对于多肢剪力墙,只需将连梁、墙肢的刚度以及相应的系数用多肢剪力墙的相应值代换即可。
联肢剪力墙结构设计时,耦联率的大小可由设计人员根据其判断和经验选取,但不能过大或者过小。当墙间的耦联作用较强时(CR过大),连梁的滞回性能对联肢剪力墙结构的影响也较大,此时,联肢剪力墙结构的受力性能与悬臂剪力墙的性能相同,轴力对抗弯能力的作用会很大,且对连梁的延性要求高,因此CR过大是不实际的。当墙间的耦联作用较弱时(CR过小),如普通公寓建筑的情况,由于房屋净高的限制,联肢墙只能通过楼板联系,此时联肢墙的受力性能与两片独立的悬臂墙(图5.1a)的性能基本相同,轴力对抗弯能力的作用很小,结构大部分的抗弯矩能力由M1和M2构成,墙肢底部弯矩增大,墙肢塑性铰区抗震能力难以满足设计要求。
下面讨论FRC对角斜筋小跨高比连梁联肢剪力墙结构耦联率CR的合理取值范围。
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