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摘要：運(yùn)用有限元軟件對一框架一核心筒結(jié)構(gòu)和在此超高層結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上使用加強(qiáng)層的兩個建筑方案進(jìn)行罕遇地震下彈塑性時程分析，總結(jié)了關(guān)于設(shè)置加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的幾個力學(xué)性能特點(diǎn)。...

框架一核心筒結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析

張曉峰 李  力

(西南交通大學(xué)土木學(xué)院 四川成都610031)

    高層建筑是近代經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的產(chǎn)物。城市人口集中，用地緊張以及商業(yè)競爭的激烈，促使了近代高層建筑的出現(xiàn)和發(fā)展。經(jīng)過l00多年的發(fā)展，高層建筑的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)取得了迅猛發(fā)展。

    近幾年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高層建筑的高度有了大幅度的增長，出現(xiàn)了超高層建筑，目前世界各國對超高層建筑的劃分高度及層數(shù)也沒有統(tǒng)一規(guī)定。一般來說，目前國際上把高度在100m以上或?qū)訑?shù)在30層以上的高層建筑稱為超高層建筑。國內(nèi)超高層建筑的劃分和國際上基本相同。

1、帶加強(qiáng)層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

    高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中一種有效控制結(jié)構(gòu)側(cè)移的方法是在結(jié)構(gòu)適當(dāng)位置設(shè)置剛度很大的水平加強(qiáng)層，這種方法的突出優(yōu)點(diǎn)是：

    (1)明顯改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，增大結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度，有效減少結(jié)構(gòu)側(cè)移。

    (2)從經(jīng)濟(jì)的角度來看，在滿足使用功能和規(guī)范要求的前提下，減小剪力墻、柱等構(gòu)件的截面尺寸，增大了使用面積，提高凈、毛面積比，有利于建筑的使用。

    帶加強(qiáng)層框架一核心筒結(jié)構(gòu)也有其缺點(diǎn)。加強(qiáng)層的存在使結(jié)構(gòu)剛度沿豎向發(fā)生突變，結(jié)構(gòu)的核心筒和外圍框架的變形協(xié)調(diào)集中在加強(qiáng)層處，這就導(dǎo)致在重力和水平荷載作用下，加強(qiáng)層上下附近幾層的內(nèi)力發(fā)生突變，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)復(fù)雜，在地震作用下容易出現(xiàn)薄弱層，而且直到目前為止國內(nèi)外缺乏此類結(jié)構(gòu)的震害資料，因此帶加強(qiáng)層框架一核心筒結(jié)構(gòu)在地震區(qū)采用時應(yīng)采取專門的有效措施，9度區(qū)不應(yīng)采用。

2、算例分析及比較

    2.1計(jì)算模型

    計(jì)算模型為一普通框架核心筒結(jié)構(gòu)(方案l)和在此框架一核芯筒結(jié)構(gòu)上設(shè)置加強(qiáng)層(方案2，加強(qiáng)層設(shè)置于第l6層)的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)總高度為l08m，24層，標(biāo)準(zhǔn)層高為4.5m，采用蘭州波-4對這兩個模型進(jìn)行罕遇地震下的非線性動力時程分析。

    2.2計(jì)算結(jié)果分析

    2.2.1周期及位移模型分析結(jié)果比較

    (1)設(shè)置加強(qiáng)層可以使結(jié)構(gòu)的自振周期減小，說明結(jié)構(gòu)剛度因?yàn)樵O(shè)置加強(qiáng)層而增大；

    (2)加強(qiáng)層對結(jié)構(gòu)中間振型周期的影響較大，而對于低階振型的影響比較小；

    (3)設(shè)置加強(qiáng)層可以使結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移減小；

    (4)設(shè)置加強(qiáng)層和不設(shè)置加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)比較，其最大位移發(fā)生時刻和最小位移發(fā)生時刻沒有變化；

    (5)加強(qiáng)層對結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移的影響在結(jié)構(gòu)不是很高的情況下并不是很明顯，說明不是超高層沒必要設(shè)置加強(qiáng)層。

    2.2.2結(jié)構(gòu)內(nèi)力模型分析結(jié)果

    (1)對于框架梁而言，方案2的彎矩值和剪力值在l6層有突變，且突變值較大，約為方案1在此處內(nèi)力值的1.5倍；

    (2)對于框架梁而言，方案2和方案1除16層附近內(nèi)力不吻合外，其他層內(nèi)力吻合的較好，說明加強(qiáng)層的設(shè)置基本上只影響到本樓層梁的內(nèi)力變化；

    (3)對于框架柱而言，方案l和方案2的彎矩值及剪力值在第1層和第17層附近都有較大的突變值。l7層附近彎矩值和剪力值突變可能是框架和剪力墻兩種不同變形模式的協(xié)調(diào)所引起的；

    (4)對于框架柱而言，方案2在l6、17層之間與方案l的彎矩和剪力有較大突變，其他各層數(shù)值基本上是吻合的。也就是說加強(qiáng)層對于結(jié)構(gòu)的彎矩和剪力有較大影響，但是影響只在加強(qiáng)層及以上幾層，對于其他樓層并無太大影響；

    (5)對于框架柱而言，方案l和方案2的軸力值基本上吻合，方案2在第16層以下的軸力值略大于方案l；

    (6)對于剪力墻而言，方案l和方案2的彎矩吻合得較好，方案2的剪力在2層處比方案1此處剪力大，且在16層附近及20層均有變化，但是變化值不甚明顯，說明此有限剛度加強(qiáng)層的設(shè)置對于剪力墻剪力的影響并不大。

3、結(jié)論

    (1)加強(qiáng)層的設(shè)置使結(jié)構(gòu)的自振周期減小，說明結(jié)構(gòu)剛度因?yàn)樵O(shè)置加強(qiáng)層而增大，從而有效減小了結(jié)構(gòu)的位移。

    (2)不論設(shè)置加強(qiáng)層與否，層間相對位移從結(jié)構(gòu)底部到結(jié)構(gòu)頂部呈減小的趨勢；加強(qiáng)層的設(shè)置使結(jié)構(gòu)剛度在加強(qiáng)層附近，尤其是加強(qiáng)層及上面一層產(chǎn)生突變，而這樣的影響對于結(jié)構(gòu)的其他樓層很小。

    (3)加強(qiáng)層的設(shè)置使結(jié)果產(chǎn)生較大的內(nèi)力突變。

參考文獻(xiàn)：

[1]阮永輝，呂西林．帶水平加強(qiáng)層的超高層結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析[J]．結(jié)構(gòu)分析，2000(4)．

[2]唐興榮.特殊和復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]．機(jī)械工業(yè)出版社， 2006．

（本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核）

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