帶高位轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析

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1、帶高位轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析漢嘉設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司杭州310005【摘要】通過對某一18層商住樓的動力時程分析,研究了轉(zhuǎn)換層的設(shè)置位置、轉(zhuǎn)換層以下和以上結(jié)構(gòu)的剛度、剛度比、層屈服強(qiáng)度等因素對建筑物的抗震性能的影響，從而得出帶高位轉(zhuǎn)換層的高層建筑在地震作用下的特殊性質(zhì)。【關(guān)鍵詞】高層建筑；轉(zhuǎn)換層；動力分析1、問題的提出為滿足下部大空間的建筑需求，結(jié)構(gòu)常在空間變化的樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換層。帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑沿高度方向質(zhì)量和剛度都不均勻，在地震作用下的反應(yīng)與均勻結(jié)構(gòu)不同，木文用時程分析法對帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑的彈塑性地震反應(yīng)做了一些探討。2、分析模型木文采用層間模型,基木假定如

2、下:1)各層樓板在其自身平面內(nèi)的剛度為無窮大2)結(jié)構(gòu)底層與基礎(chǔ)固結(jié)，基礎(chǔ)與地面運(yùn)動相同。3)各層質(zhì)量集中于樓層處。在地震作用下，結(jié)構(gòu)的動力方程為：…⑴式中[M]—結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣;[C]一結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣;[K]一結(jié)構(gòu)的側(cè)移剛度矩陣；一質(zhì)點(diǎn)相對于地面的位移、速度、加速度向量；一地面運(yùn)動的加速度。K(t)為結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，綜合考慮了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎曲、剪切、軸向變形。在彈性階段，木文采用靜力凝聚法求出結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力矩陣；在塑性階段,K(t)發(fā)生了變化，為時間的函數(shù),剛度矩陣不易改變。為了解決這個問題,木文先用靜力方法[1]求出梁單元的屈服彎矩和墻柱單元的彎矩-軸力屈服曲線,然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜力彈

3、塑性分析[2]，求岀結(jié)構(gòu)各層的層剪力-層間側(cè)移骨架曲線，確定各層的層間位移δi和層剪力Qi,然后用ki=Qi/δi求出各層的層剛度ki,再用式（2）求結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度:式中，ξi、ξj和ωi、ωj分別為第i、j振型的阻尼比和頻率，對于高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，阻尼比取0.05。本文采用退化雙線性模型，Newmark-β法求解結(jié)構(gòu)的運(yùn)動微分方程。3、算例及結(jié)論本文在一個實(shí)例的基礎(chǔ)上變化條件，進(jìn)行了帶高位轉(zhuǎn)換層的框支剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能研究。本工程為18層的高層商住樓，地震設(shè)防烈度為8度,11類場地土，結(jié)構(gòu)下部為框支剪力墻

4、的大空間結(jié)構(gòu),作為商場使用，上部為純剪力墻體系，為住宅。底層層高5.1m,其他商業(yè)層高4.8m,住宅層高2.7m,全C30混凝土，框支柱截面600mm×800mm,轉(zhuǎn)換梁截面600mm×900mm。地震波采用El-centro波，彈性分析吋，加速度峰值采用0.70m/s2；進(jìn)行彈塑性分析吋，加速度峰值采用4.0m/s2o3.1、彈性時程分析3.1.1、轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度的影響：1）隨著轉(zhuǎn)換層位置的提高，結(jié)構(gòu)周期變長。原因一，轉(zhuǎn)換層設(shè)置位置增高，結(jié)構(gòu)柔度增大,結(jié)構(gòu)自振周期變大；二，在轉(zhuǎn)換層以下剪力墻數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)的剛度減小，周期變長。2）結(jié)構(gòu)的層側(cè)移、層間側(cè)移、層

5、間側(cè)移角在轉(zhuǎn)換層的位置均冇突變。3）當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較低吋，結(jié)構(gòu)最人層間側(cè)移并不在轉(zhuǎn)換層位置，當(dāng)較高時，轉(zhuǎn)換層的層間側(cè)移即為結(jié)構(gòu)最大層間側(cè)移。4）轉(zhuǎn)換層設(shè)在結(jié)構(gòu)的3、5、7、9、11、13層時，結(jié)構(gòu)的最大層間側(cè)移角分別為1/1227,1/1149,1/1116,1/1421,1/1606,1/2015,均在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)最人層間側(cè)移角均不在轉(zhuǎn)換層。3.1.2、層剛度比的影響：通過改變落地墻肢的厚度及長度，以探討剛度比γ對結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。1＞當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在較低位置吋，能夠減小側(cè)移,改善抗震性能。2）當(dāng)轉(zhuǎn)換層設(shè)置在較高位置時并不能減小側(cè)移。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換層以下結(jié)構(gòu)加厚、加長

6、墻肢，使剛度增加的同吋，質(zhì)量也有所增加結(jié)構(gòu)承受地震作用增加，當(dāng)增加到一定程度后,結(jié)構(gòu)剛度的增加不再起主導(dǎo)作用。當(dāng)位置較高吋，僅控制層剪切剛度比是不夠的，還應(yīng)控制下部框支結(jié)構(gòu)的等效剛度［3】。3.1.3、轉(zhuǎn)換層以上連梁剛度的影響：通過加大轉(zhuǎn)換層以上剪力墻連梁尺寸，增人剛度,可使結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層以上各層的層間側(cè)移減小，使結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)的側(cè)移減小。3.1.4、框支柱剛度的影響：加大轉(zhuǎn)換層以下框支柱的截面尺寸，框支柱的剛度增大，當(dāng)轉(zhuǎn)換層位置較低時，能夠減小結(jié)構(gòu)在地震作用下的側(cè)移。3.2、彈塑性時程分析以轉(zhuǎn)換層（圖1中為轉(zhuǎn)換層在7層結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)）設(shè)置在7層為例，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的彈塑性分析。地震波選用El-

7、centro波，加速度為4.00m/s2。轉(zhuǎn)換層的層間側(cè)移角為1/168.6,頂點(diǎn)側(cè)移與建筑物高度的比值為1/283.3?？梢钥闯?，本結(jié)構(gòu)的薄弱層在轉(zhuǎn)換層附近。圖1轉(zhuǎn)換層在7層結(jié)構(gòu)彈塑性反應(yīng)4、結(jié)論與設(shè)計(jì)建議1）轉(zhuǎn)換層的位置較高吋，轉(zhuǎn)換層附近的層間側(cè)移急劇突變，這會引起結(jié)構(gòu)內(nèi)力的突變，易使轉(zhuǎn)換層附近幾層成為薄弱點(diǎn)首先破壞。2）僅從轉(zhuǎn)換層的位置來看，轉(zhuǎn)換層設(shè)置在結(jié)構(gòu)的中間較為不利。3）在帶高位轉(zhuǎn)換層的高層建筑中,加強(qiáng)下部結(jié)構(gòu)的剛度，減小轉(zhuǎn)換層上下層間的剛度比，不一定就能