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布置方式对错层结构抗震性能的影响

添加时间:2016/10/20

  【摘 要】 为研究地震作用下布置方式的变化对高层错层结构的影响,通过对结构的布置跨数和布置方式进行分析,布置跨数时将结构设置了三跨、?#30446;?#21644;五跨; 布置方式分别为中间平层两边错层和一跨一错两种。然后采用 SATWE 进行静力分析,分析结果显示: ①布置跨数越多错层结构错层柱处剪力越大,结构位移也越大; ②当对错层结构进行一跨一错设置时能?#34892;?#22320;控制结构剪力和位移。

  【关键词】 错层结构; 布置方式; 地震作用; 剪力; 位移

  目前,国内外对于错层结构抗震性能优化设计在布置方式的选定方面虽然进行了大量的研究,但是仍没?#34892;?#25104;一套规范、统一的理论。近些年来错层结构节点的抗震性能方面优化设计得到了较大的进步与发展,国内外学者也纷纷提出他们各自的观点。

  国内方面,熊立红[1]提出了对错层结构进行非线性动力时程分析采用的方法为动力计算模型法,并对其抗震性能进行了总结。东南大学的苏慧[2,3]等人分析了水平地震作用下错层结构的受力特性,着重分析了扭转效应和扭转震动系数的变化情况,同时得出了错层结构的地震反应分析方法。徐兰生[4]等人对局部错层结构进行了分析研究,在结构布置中,调整结构的质量中心尽量和刚度中?#21335;?#37325;合,以减小整个结构的扭转效应,并尽可能使错层部位两层的竖向构件刚度相等,用来减小在错层方向上的水平位移。国外方面,较系统的钢筋混凝?#20004;?#28857;研究出现在上?#20848;?#30340;七、八十年代,具代表性的?#34892;?#35199;兰的 R Park、T Paulay和 M J N Priestley 教授完成的试验研究以及美国的 NW Hanson 和 S Fujii[5]1981 年完成的试验研究。对于错层节点,后来日本的小谷俊介、角彻、新西兰的张百钊[6]2005 年进行了传力模型和设计方法的研究。后来也有一些学者做过这一方面的研究,有对中间层中节点、中间层端节点、顶层端节点等一些研究,但大部分为对中间层中节点和中间层端节点的研究。19 ?#20848;?#19971;、八十年代在?#20998;蓿?#20063;有一些国家进行了节点抗震研究[7]。

  1、地震波的选用

  文?#24615;?#29992;结构分析软件为 PKPM - STWAE。采用分析方法为时程分析法,它?#19988;?#31181;直接动力分析法,通过动力方法计算得到地震波作用的各时刻各个质点的位移、速度、加速度以及各构件的内力,反映地面运动的方向、特性及?#20013;?#20316;用的影响。地震波的峰值应能反映建筑物所在地区的烈度,它的频谱组成反应场地的卓越周期和动力特性。选取地震波为迁安波[8],主方向峰值加速度为 119. 6gal( 1gal = 1cm/s2) ,加速度时程曲线如图 1 所示。

图1 迁安波
图1 迁安波
 

  2、跨数不同对错层结构的影响

  本案例采用的三种不同跨的结构模型,分别为三跨、?#30446;?#21644;五跨如图 2 所示,总高度 36m,分为 10 层,每层层高 3. 6m,错层高度 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 级混凝土,外墙为 240mm 的灰砂砖,受力筋为 HRB400 型钢筋。地面粗糙程度类别为 C 类,基本风压0. 45kN/m2,基本设防烈度为 7 度,II 类场地土,设计地震分组第一组,阻尼比为 0. 05。线荷载 5. 0kN/m 作用在错层处主梁,其余主?#21512;?#33655;载均为 8. 0kN/m,楼面、屋面恒活载均取2. 0kN / m2。

  2. 1、结构的模态分析

  通过模态分析,按规范规定的90%以上的水平质量参与系数选择振型数,结构的自振周期,见表 1。由表 1 查得结构第一、三振型为平动,第二振型为扭转,由于错层框架结构在错层处楼板不连续,结构明显发生扭转,错层框架结构在错层处的短柱会由于扭转和剪切共同作用而过早地发生脆性破坏。所以,进行错层框架结构设计时应该充分注意错层中的平扭耦联效,重?#20248;?#36716;的不利作用。

图2 跨数不同的三种错层结构模型(单位:m)
图2 跨数不同的三种错层结构模型(单位:m)

表 1
表 1

  2. 2、剪力分析

  各错层柱处剪力取自?#30446;?#20013;间轴,三种结构其均是两跨有错层,由于同一种类型上的两跨错层对称分布,所以其错层柱剪力均相等,这里取了其中一跨的错层柱剪力进行分析,三种类型错层结构在 X、Y 向地震下错层柱剪力柱状图如图 3 所示。

  图 3( a) 中为 X 向地震下不同跨数错层结构的错层柱剪力的变化情况。三跨结构错层柱最大剪力产生在编号 2 处,值为 160. 3kN; ?#30446;?#32467;构错层柱最大剪力也产生在编号 2 处,值为 170. 8kN; 五跨结构错层柱最大剪力同样产生在编号 2 处,值为 182. 6kN。可见随着跨数的增加错层柱最大剪力值增大不少,四、五跨结构分别比三跨增大了 6. 6%和 13. 9%。增加?#19988;?#20026;随错层跨数增多,侧向刚度也随之增大,错层柱承担的水平剪力也逐渐增大。

  图 3( b) 中,Y 向的地震下,三种情况最大剪力值相差不大,三跨结构错层柱最大剪力产生在编号 2 处,值为 114. 3kN; ?#30446;?#32467;构错层柱最大剪力也产生在编号 2 处,值为 116. 3kN; 五跨结构错层柱最大剪力同样产生在编号 1 处,值为 117. 1kN,四、五跨结构分别比三跨增大了 1. 72% 和 2. 45%。随着跨数的增加错层柱最大剪力值增大不大,剪力值并?#27492;?#36328;数的增加而大幅增大,对 Y 向地震下影响较小。

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