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布置方式對錯層結構抗震性能的影響

添加時間:2016/10/20

  【摘 要】 為研究地震作用下布置方式的變化對高層錯層結構的影響,通過對結構的布置跨數和布置方式進行分析,布置跨數時將結構設置了三跨、四跨和五跨; 布置方式分別為中間平層兩邊錯層和一跨一錯兩種。然后采用 SATWE 進行靜力分析,分析結果顯示: ①布置跨數越多錯層結構錯層柱處剪力越大,結構位移也越大; ②當對錯層結構進行一跨一錯設置時能有效地控制結構剪力和位移。

  【關鍵詞】 錯層結構; 布置方式; 地震作用; 剪力; 位移

  目前,國內外對于錯層結構抗震性能優化設計在布置方式的選定方面雖然進行了大量的研究,但是仍沒有形成一套規范、統一的理論。近些年來錯層結構節點的抗震性能方面優化設計得到了較大的進步與發展,國內外學者也紛紛提出他們各自的觀點。

  國內方面,熊立紅[1]提出了對錯層結構進行非線性動力時程分析采用的方法為動力計算模型法,并對其抗震性能進行了總結。東南大學的蘇慧[2,3]等人分析了水平地震作用下錯層結構的受力特性,著重分析了扭轉效應和扭轉震動系數的變化情況,同時得出了錯層結構的地震反應分析方法。徐蘭生[4]等人對局部錯層結構進行了分析研究,在結構布置中,調整結構的質量中心盡量和剛度中心相重合,以減小整個結構的扭轉效應,并盡可能使錯層部位兩層的豎向構件剛度相等,用來減小在錯層方向上的水平位移。國外方面,較系統的鋼筋混凝土節點研究出現在上世紀的七、八十年代,具代表性的有新西蘭的 R Park、T Paulay和 M J N Priestley 教授完成的試驗研究以及美國的 NW Hanson 和 S Fujii[5]1981 年完成的試驗研究。對于錯層節點,后來日本的小谷俊介、角徹、新西蘭的張百釗[6]2005 年進行了傳力模型和設計方法的研究。后來也有一些學者做過這一方面的研究,有對中間層中節點、中間層端節點、頂層端節點等一些研究,但大部分為對中間層中節點和中間層端節點的研究。19 世紀七、八十年代在歐洲,也有一些國家進行了節點抗震研究[7]。

  1、地震波的選用

  文中運用結構分析軟件為 PKPM - STWAE。采用分析方法為時程分析法,它是一種直接動力分析法,通過動力方法計算得到地震波作用的各時刻各個質點的位移、速度、加速度以及各構件的內力,反映地面運動的方向、特性及持續作用的影響。地震波的峰值應能反映建筑物所在地區的烈度,它的頻譜組成反應場地的卓越周期和動力特性。選取地震波為遷安波[8],主方向峰值加速度為 119. 6gal( 1gal = 1cm/s2) ,加速度時程曲線如圖 1 所示。

圖1 遷安波
圖1 遷安波
 

  2、跨數不同對錯層結構的影響

  本案例采用的三種不同跨的結構模型,分別為三跨、四跨和五跨如圖 2 所示,總高度 36m,分為 10 層,每層層高 3. 6m,錯層高度 1. 8m。板厚取 120mm,主梁300mm × 600mm,次梁 200mm × 500mm,柱均取 600mm× 600mm。板、柱、梁混凝土均采用 C40 級混凝土,外墻為 240mm 的灰砂磚,受力筋為 HRB400 型鋼筋。地面粗糙程度類別為 C 類,基本風壓0. 45kN/m2,基本設防烈度為 7 度,II 類場地土,設計地震分組第一組,阻尼比為 0. 05。線荷載 5. 0kN/m 作用在錯層處主梁,其余主梁線荷載均為 8. 0kN/m,樓面、屋面恒活載均取2. 0kN / m2。

  2. 1、結構的模態分析

  通過模態分析,按規范規定的90%以上的水平質量參與系數選擇振型數,結構的自振周期,見表 1。由表 1 查得結構第一、三振型為平動,第二振型為扭轉,由于錯層框架結構在錯層處樓板不連續,結構明顯發生扭轉,錯層框架結構在錯層處的短柱會由于扭轉和剪切共同作用而過早地發生脆性破壞。所以,進行錯層框架結構設計時應該充分注意錯層中的平扭耦聯效,重視扭轉的不利作用。

圖2 跨數不同的三種錯層結構模型(單位:m)
圖2 跨數不同的三種錯層結構模型(單位:m)

表 1
表 1

  2. 2、剪力分析

  各錯層柱處剪力取自四跨中間軸,三種結構其均是兩跨有錯層,由于同一種類型上的兩跨錯層對稱分布,所以其錯層柱剪力均相等,這里取了其中一跨的錯層柱剪力進行分析,三種類型錯層結構在 X、Y 向地震下錯層柱剪力柱狀圖如圖 3 所示。

  圖 3( a) 中為 X 向地震下不同跨數錯層結構的錯層柱剪力的變化情況。三跨結構錯層柱最大剪力產生在編號 2 處,值為 160. 3kN; 四跨結構錯層柱最大剪力也產生在編號 2 處,值為 170. 8kN; 五跨結構錯層柱最大剪力同樣產生在編號 2 處,值為 182. 6kN。可見隨著跨數的增加錯層柱最大剪力值增大不少,四、五跨結構分別比三跨增大了 6. 6%和 13. 9%。增加是因為隨錯層跨數增多,側向剛度也隨之增大,錯層柱承擔的水平剪力也逐漸增大。

  圖 3( b) 中,Y 向的地震下,三種情況最大剪力值相差不大,三跨結構錯層柱最大剪力產生在編號 2 處,值為 114. 3kN; 四跨結構錯層柱最大剪力也產生在編號 2 處,值為 116. 3kN; 五跨結構錯層柱最大剪力同樣產生在編號 1 處,值為 117. 1kN,四、五跨結構分別比三跨增大了 1. 72% 和 2. 45%。隨著跨數的增加錯層柱最大剪力值增大不大,剪力值并未隨跨數的增加而大幅增大,對 Y 向地震下影響較小。

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