某超長剪力墻結(jié)構(gòu)帶部分框支的平面有限元分析和側(cè)向剛度研究

林寶新,　趙　杰

(1.安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院,安徽 合肥　230022; 2.安徽建筑大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院,安徽 合肥　230022)

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某超長剪力墻結(jié)構(gòu)帶部分框支的平面有限元分析和側(cè)向剛度研究

林寶新1,2,趙杰1

(1.安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院,安徽 合肥230022; 2.安徽建筑大學(xué) 建筑設(shè)計(jì)研究院,安徽 合肥230022)

文章以某帶端部轉(zhuǎn)換高層剪力墻結(jié)構(gòu)為例,進(jìn)行了多遇地震下不同力學(xué)模型的彈性計(jì)算和罕遇地震下的彈塑性分析,對轉(zhuǎn)換部位側(cè)向剛度進(jìn)行對比研究,并對單榀框支轉(zhuǎn)換部位構(gòu)件進(jìn)行在豎向恒載和水平地震作用下的平面有限元分析,對其應(yīng)力分布情況進(jìn)行了探討。結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)整體和轉(zhuǎn)換部位具有較好的承載和變形能力,可供同類工程參考。

框支剪力墻;剛度比;平面有限元分析;靜力彈塑性分析

為了滿足人們對下部大空間、上部小空間的建筑功能要求,現(xiàn)代工程中廣泛采用帶部分框支轉(zhuǎn)換的高層建筑。但這種結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換處往往上部承托剛度較大的剪力墻,下部布置剛度較小的框支柱和少量剪力墻,使得轉(zhuǎn)換部位附近的側(cè)向剛度發(fā)生突變,地震作用下容易發(fā)展成薄弱層,所以設(shè)計(jì)中需注意對轉(zhuǎn)換部位的剛度進(jìn)行校核;同時由于豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù),造成豎向荷載的傳力不直接,轉(zhuǎn)換部位受力復(fù)雜,需對其進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析。

國內(nèi)外對平面規(guī)則性結(jié)構(gòu)研究較多,但對超長且端部轉(zhuǎn)換易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)研究較少,本文采用多種計(jì)算模型對結(jié)構(gòu)整體和部分分別計(jì)算側(cè)向剛度進(jìn)行復(fù)核。文獻(xiàn)[1-4]分析表明框支梁及上一層墻體應(yīng)力復(fù)雜,本文針對受力復(fù)雜的框支構(gòu)件,采用平面有限元法分析了不同工況下框支構(gòu)件的應(yīng)力分布情況,按應(yīng)力分析結(jié)果取最不利值校核配筋,并且補(bǔ)充了大震下的抗震性能評估。

1　工程概況、抗震目標(biāo)及結(jié)構(gòu)不規(guī)則性

合肥濱湖某小區(qū)18#住宅樓,采用剪力墻結(jié)構(gòu),地下1層,地上29層,嵌固端設(shè)于地下室頂板。建筑高度84.55 m,建筑西端部在2層商業(yè)頂存在局部轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的墻體面積占10%,轉(zhuǎn)換層在⑦軸附近存在錯層[5];商業(yè)一層建筑層高4.5 m,二層建筑層高4.2 m,商業(yè)二層頂與住宅三層頂平,住宅標(biāo)準(zhǔn)層層高2.9 m。

轉(zhuǎn)換層平面布置如圖1所示,②軸框支部分剖面如圖2所示。

圖1　轉(zhuǎn)換層平面布置圖

圖2?、谳S局部剖面圖

框支梁KZL1、KZL2截面為900 mm×1 000 mm,框支柱KZZ1、KZZ2、KZZ3截面為1 100 mm×800 mm。

該工程安全等級為二級,抗震設(shè)防類別為丙類,抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值0.1g,場地類別Ⅱ類,設(shè)計(jì)地震分組為第1組,結(jié)構(gòu)抗震等級在框支轉(zhuǎn)換處及局部錯層處為一級,其他部位抗震等級均為二級?？拐鹦阅苣繕?biāo)見表1所列。根據(jù)“三水準(zhǔn)兩階段”的抗震設(shè)防原則,結(jié)合建筑性能化抗震設(shè)計(jì)的概念,選用D級的抗震性能目標(biāo)[6],其中框支梁柱、轉(zhuǎn)換梁上一層剪力墻及底部加強(qiáng)區(qū)剪力墻按“關(guān)鍵構(gòu)件”設(shè)計(jì)[6]。

表1　抗震性能目標(biāo)

注:括號中數(shù)字為性能水準(zhǔn)。

本工程存在4項(xiàng)不規(guī)則類型,簡要概述如下:

(1) 扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。轉(zhuǎn)換部位在建筑物端部,扭轉(zhuǎn)問題突出;結(jié)構(gòu)超長(縱向L=59.5 m),按文獻(xiàn)[7]考慮質(zhì)心與剛心5%L偏心距產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)難以避免,計(jì)算表明在規(guī)定水平力作用下,考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比大于1.2。

(3) 樓板不連續(xù)。商業(yè)與住宅交接部位存在錯層。

(4) 構(gòu)件間斷。存在部分框支轉(zhuǎn)換,豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)。

因此,本工程屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu),為超限高層建筑[8]。

2　多遇地震下的振型分解反應(yīng)譜分析

2.1結(jié)構(gòu)整體分析

本文采用2種力學(xué)模型對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析，分別為:① 基于空間桿-墻元模型的SATWE程序,作為主要計(jì)算程序；② 基于廣義協(xié)調(diào)墻元模型的PMSAP程序,作為補(bǔ)充計(jì)算程序。

本工程采用剛性樓板假定,轉(zhuǎn)換層下按3層建模,標(biāo)準(zhǔn)層凹陷部位補(bǔ)設(shè)板帶按有拉板模型計(jì)算,考慮偶然偏心和雙向地震作用,連梁折減系數(shù)為0.7,結(jié)構(gòu)阻尼比5%,主要計(jì)算結(jié)果見表2所列。

因?yàn)镻MSAP基于廣義協(xié)調(diào)理論的子結(jié)構(gòu)墻元模型與SATWE中基于經(jīng)典協(xié)調(diào)模式的墻元模型有差異,所以2種計(jì)算程序結(jié)果中剛度比差別較大,但均滿足規(guī)范要求。計(jì)算結(jié)果表明:樓層豎向構(gòu)件最大位移比小于1.4,樓層最大層間位移角小于1/1 000,結(jié)構(gòu)具有合適的剛度;僅X向樓層剪重比小于1.6%的樓層數(shù)不超過4層,且

表2　多遇地震彈性計(jì)算結(jié)果

注:T1、T2、T3為基本自振周期;γe1為轉(zhuǎn)換層與相鄰上

層剛度比;γe2為轉(zhuǎn)換層下、上部結(jié)構(gòu)等效剛度比。

經(jīng)剪力調(diào)整后最小剪重比均大于1.6%;轉(zhuǎn)換層與相鄰上層剛度比γe1不小于0.6,轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)等效剛度比γe2不小于0.8;框支柱軸壓比最大值小于0.6。該結(jié)構(gòu)可以保證“小震不壞”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

2.2轉(zhuǎn)換部位作為隔離體的側(cè)向剛度計(jì)算

本工程的轉(zhuǎn)換部位在建筑的端部,考慮該結(jié)構(gòu)縱向較長,且轉(zhuǎn)換樓板處存在樓梯洞口,轉(zhuǎn)換層下在⑦軸附近有局部錯層,受力復(fù)雜,需分析水平剪力能否有效傳遞。忽略周邊商業(yè)框架部分,① ～⑦軸轉(zhuǎn)換部位對應(yīng)的上、下層平面布置如圖3所示。

為避免帶局部錯層的結(jié)構(gòu)端部轉(zhuǎn)換在地震作用下的傳遞途徑不能有效進(jìn)行,根據(jù)圣維南原理,取最不利模型:對圖1的① ～⑦ 軸建筑結(jié)構(gòu)取隔

圖3?、?～⑦軸平面布置圖

離體,采用SATWE單獨(dú)建模計(jì)算,隔離體模型在轉(zhuǎn)換層下按2層建模,底部仍嵌固于地下室頂板,豎向構(gòu)件在⑦軸附近不存在錯層。

隔離單體計(jì)算結(jié)果表明:轉(zhuǎn)換層與相鄰上層剛度比γe1在X方向?yàn)?.31,在Y方向?yàn)?.96,均不小于0.6,滿足文獻(xiàn)[6]要求;根據(jù)文獻(xiàn)[6]附錄E.0.1條規(guī)定,采用剪切剛度比算法驗(yàn)算轉(zhuǎn)換層與相鄰上層剛度比γe1在X方向?yàn)?.24,在Y方向?yàn)?.65,均大于0.5,滿足規(guī)范要求。

3　多遇地震下的彈性時程分析

選取業(yè)主單位提供的3條地震波進(jìn)行多遇地震作用下整體結(jié)構(gòu)的補(bǔ)充分析,所選取的地震波加速度時程曲線如圖4所示。

圖4　地震波加速度時程曲線

將地震波的有效峰值調(diào)整為35 cm/s2,所選地震波的持續(xù)時間大于文獻(xiàn)[7]規(guī)定的15 s和5T1的最大值,按雙向地震輸入,并分別沿X向和Y向加載,主次方向峰值加速度比例為1∶0.85,阻尼比為0.05,特征周期0.35 s;3條人工波user1、user2、user3的地震影響系數(shù)曲線與振型分解反應(yīng)譜法所用的曲線,不僅結(jié)構(gòu)在第1～3振型周期點(diǎn)上,而且在第4～6振型周期點(diǎn)上相差均小于20%,符合統(tǒng)計(jì)意義上“相符”的要求[7]。

基底剪力計(jì)算結(jié)果見表3所列,每條地震波作用下的結(jié)構(gòu)基底剪力均大于規(guī)范反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%,且3條波的基底剪力平均值大于規(guī)范反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%,所選地震波滿足文獻(xiàn)[7]中5.1.2條對所選地震波的規(guī)定。

表3　時程分析法與反應(yīng)譜法基底剪力比較

注:VX/VcX、VY/VcY為各地震波基底剪力及3條波基底剪力平均值相對于規(guī)范反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的比值。

主方向?qū)娱g位移角和樓層剪力包絡(luò)圖分別如圖5、圖6所示,各地震波在X、Y向?qū)娱g位移角最大值分別為1/1 415、1/1 568,滿足規(guī)范要求。實(shí)際設(shè)計(jì)中選用時程分析法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。CQC法即完全二次振型組合(complete quadratic combination)方法。

圖5　主方向?qū)娱g位移角

圖6　主方向樓層剪力包絡(luò)圖

4　框支部分的平面有限元分析

文獻(xiàn)[6]10.1.5條規(guī)定：“復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)中的受力復(fù)雜部位，尚宜進(jìn)行應(yīng)力分析，并按應(yīng)力進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)校核”。為研究框支層附近構(gòu)件的受力情況,采用高精度有限元軟件FEQ對圖1的②軸框支梁、框支柱和轉(zhuǎn)換層上部2層剪力墻進(jìn)行平面有限元分析[9],結(jié)構(gòu)離散化,采用三角形單元,單元控制長度取400 mm,考慮了地震力、風(fēng)荷載及豎向荷載作用下,恒載簡圖如圖7所示,小震、中震彈性下配筋簡圖如圖8、圖9所示。

圖7　恒載簡圖

圖8　小震下配筋簡圖(As-Asv)

圖9　中震彈性下配筋簡圖(As-Asv)

設(shè)計(jì)時偏于安全地選取FEQ計(jì)算結(jié)果與SATWE整體計(jì)算結(jié)果的較大值進(jìn)行配筋。

圖8、圖9中,As為主筋面積,柱為一端的面積,墻為一端的面積,梁為一受拉邊的面積,單位為cm2;Asv為箍筋面積,對墻為水平分布筋的配筋面積,單位為cm2。

豎向恒載下SATWE與FEQ計(jì)算框支梁內(nèi)力對比見表4所列。由表4可知,恒載工況下,與SATWE整體計(jì)算結(jié)果相比,FEQ計(jì)算結(jié)果中框支梁彎矩明顯減小,但梁端剪力增大?？梢奡ATWE分析計(jì)算時未考慮框支梁與上部墻體的共同作用,FEQ計(jì)算結(jié)果體現(xiàn)了墻梁共同作用、豎向傳力拱的影響和框支梁偏拉構(gòu)件的特點(diǎn)。此外，F(xiàn)EQ計(jì)算結(jié)果中框支梁軸力偏大,SATWE計(jì)算結(jié)果顯示,當(dāng)轉(zhuǎn)換層采用剛性樓板假定時,框支梁的軸力為0,當(dāng)轉(zhuǎn)換層采用彈性膜假定時,KZL1、KZL2的軸力分別為274、340 kN。

表4　豎向恒載下SATWE與FEQ計(jì)算框支梁內(nèi)力對比

4.1豎向荷載作用下的受力特點(diǎn)

豎向恒載作用下應(yīng)力分布曲線如圖10所示。

圖10　恒載作用下的應(yīng)力分布曲線

圖10中負(fù)值實(shí)線為壓應(yīng)力,正值虛線為拉應(yīng)力,線號22表示“0”應(yīng)力線。

(1) 水平應(yīng)力σx分布特點(diǎn)。墻內(nèi)水平壓應(yīng)力主要分布在高度L0(框支梁凈跨)范圍內(nèi)的墻體中,從上到下增大,對于更高的部位，水平應(yīng)力[1]接近于0。墻肢底部和框支梁交界處存在明顯的壓應(yīng)力,由于傳力拱的作用,邊柱上方最大應(yīng)力達(dá)到-1.8～-3.4 MPa,可達(dá)到(0.4～0.7)q/bw(q為上部結(jié)構(gòu)傳遞至住宅6F的均布荷載,bw為剪力墻厚度200mm),在連梁節(jié)點(diǎn)域和Q2靠近框支梁的洞口處存在顯著的壓應(yīng)力集中,中柱上方存在局部的拉應(yīng)力區(qū)(0.5～3.8MPa),可達(dá)到(0.1～0.8)q/bw;墻體所在區(qū)域下的梁跨中下邊緣拉應(yīng)力達(dá)到上邊緣壓應(yīng)力的1.5～2.0倍,框支梁表現(xiàn)出偏心受拉的性質(zhì),靠近中柱的梁截面下部出現(xiàn)較明顯的壓應(yīng)力(-1.8～-7.5MPa),達(dá)到(0.4～1.7)q/bw,表現(xiàn)出偏心受壓的性質(zhì)[2]。

(2) 豎向應(yīng)力σy分布特點(diǎn)。底部框架對墻肢豎向應(yīng)力σy的影響大約在梁跨度L0高度范圍內(nèi),更高部分基本均勻分布。由于傳力拱的作用,墻肢壓應(yīng)力由內(nèi)向外增大,在框支梁端部框支柱上方墻體處應(yīng)力集中(-6.5～-9.4MPa),達(dá)到(1.4～2.1)q/bw,設(shè)計(jì)時應(yīng)對墻體兩端底部進(jìn)行局部抗壓承載力驗(yàn)算[3];梁跨中的豎向應(yīng)力很小,也出現(xiàn)由內(nèi)向外增大的性質(zhì),在節(jié)點(diǎn)域和Q2洞口邊緣處的梁截面豎向應(yīng)力最大達(dá)到-1.9～-7.7MPa,可達(dá)到1.7q/bw,洞口處梁截面豎向應(yīng)力很小,幾乎為0。

(3) 剪應(yīng)力τxy分布特點(diǎn)。墻內(nèi)剪應(yīng)力呈對稱分布,大約在高度L0墻體范圍內(nèi),由上到下增大,在墻肢端部與框支梁交界處剪應(yīng)力最大達(dá)到-1.5～-3.5MPa,可達(dá)(0.3～0.8)q/bw;墻下梁跨中剪應(yīng)力很小,由跨中向兩端增大,在節(jié)點(diǎn)域和Q2墻肢左端無墻部分的梁截面剪應(yīng)力最大達(dá)到-1.6～-4.2MPa,可達(dá)(0.3～0.9)q/bw,設(shè)計(jì)時應(yīng)注意驗(yàn)算KZL2左端無墻部分的抗剪承載力[3]。

4.2水平荷載作用下的受力特點(diǎn)

Y向地震作用下的應(yīng)力分布曲線圖如圖11所示,其中負(fù)值實(shí)線為壓應(yīng)力,正值虛線為拉應(yīng)力,線號22表示“0”應(yīng)力線。

(1) 水平應(yīng)力σx分布特點(diǎn)。墻肢一側(cè)受拉(0.3～1.9MPa),達(dá)到(0.06～0.4)q/bw;另一側(cè)受壓(-0.4～-2.7MPa),達(dá)到(0.08～0.6)q/bw。呈反對稱分布的特點(diǎn),連梁節(jié)點(diǎn)域存在水平應(yīng)力突變,兩端在頂、底有較大的一拉一壓的水平應(yīng)力。

圖11　Y向地震作用下的應(yīng)力分布曲線

(2) 豎向應(yīng)力σy分布特點(diǎn)。2片墻分別在洞口邊緣處產(chǎn)生了較大的豎向拉壓應(yīng)力,Q1受拉(0.3～2.5MPa),達(dá)到(0.06～0.5)q/bw;Q2受壓(-0.2～-2.4MPa),達(dá)到(0.04～0.5)q/bw。

(3) 剪應(yīng)力τxy分布特點(diǎn)。墻肢中的剪應(yīng)力由外向內(nèi)增大,洞口周圍剪應(yīng)力較大(-0.4～-1.5MPa),達(dá)到(0.08～0.3)q/bw。

水平力作用下,框支梁的應(yīng)力分布形式與普通框架梁接近,文獻(xiàn)[4]中框支梁也出現(xiàn)相似的應(yīng)力分布,在節(jié)點(diǎn)域內(nèi)受力復(fù)雜,水平應(yīng)力σx、豎向應(yīng)力σy、剪應(yīng)力τxy均較大。

4.3框支剪力墻設(shè)計(jì)探討

由于框支梁與上部剪力墻協(xié)同受力的特性和豎向傳力拱的影響,框支梁跨中的彎矩會比不考慮上部剪力墻作用時要小。當(dāng)框支梁剛度或上部承托剪力墻布置發(fā)生變化時,由于框支梁與上部墻體的共同協(xié)調(diào)作用,框支梁內(nèi)力會發(fā)生相應(yīng)的變化。選取圖2中框支梁KZL1、KZL2,在恒載作用下,通過FEQ平面有限元進(jìn)一步分析。

(1) 不改變框支梁的截面尺寸,調(diào)整墻體布置。當(dāng)框支梁上層剪力墻滿跨布置時,計(jì)算表明:KZL1、KZL2沿梁跨全長彎矩、剪力、軸拉力均減小,框支梁與上部剪力墻的共同工作能力增強(qiáng),對框支梁的受力有利。

(2) 不改變剪力墻的布置,調(diào)整框支梁剛度。將框支梁截面尺寸由900 mm×1 000 mm改為1 000 mm×1 200 mm,計(jì)算表明:當(dāng)框支梁剛度增大時,KZL1、KZL2沿梁跨全長彎矩、剪力均增大,框支梁與上部剪力墻的共同工作能力受到削弱,框支梁分擔(dān)的荷載相應(yīng)增大[10],截面配筋相應(yīng)增加;同時框支梁的剛度增大容易造成“強(qiáng)梁弱柱”的破壞機(jī)制,不利于抗震,所以框支梁剛度不宜過大。但由于受抗剪承載力要求的限制[9],截面尺寸也不宜過小。由矩形梁的慣性矩公式I=bh3/12可知,在彈性模量相等的情況下,增加梁高比增加梁寬度對剛度的貢獻(xiàn)大很多。因此,在滿足框支梁強(qiáng)度和剛度的條件下,適當(dāng)增加截面寬度、減小高度,這樣既可以滿足承載力要求,提高結(jié)構(gòu)延性,有利于抗震,又可以加大轉(zhuǎn)換層梁下凈高,更好地滿足空間要求。綜合考慮,本工程設(shè)計(jì)框支梁截面900 mm×1 000 mm是較為合理的選擇。

5　結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析

文獻(xiàn)[7]3.6.2條規(guī)定:“不規(guī)則且具有明顯薄弱部位可能導(dǎo)致重大地震破壞的建筑結(jié)構(gòu),應(yīng)進(jìn)行罕遇地震作用下的彈塑性變形分析”。為進(jìn)一步研究框支梁柱在大震下的抗震性能,采用靜力彈塑性分析程序Pushover對結(jié)構(gòu)做罕遇地震作用下的彈塑性變形分析。計(jì)算模型中,梁柱采用纖維束模型,剪力墻采用非線性殼單元[11];材料本構(gòu)關(guān)系中,鋼筋采用雙折線模型,混凝土采用單軸應(yīng)力-應(yīng)變模型[11]。

初始荷載采用重力荷載代表值,水平加載模式選擇倒三角荷載,停機(jī)位移取結(jié)構(gòu)高度的1/20,桿件鉸截面剛度破壞程度指數(shù)和墻高斯點(diǎn)破壞比例均取0.7,全樓鋼筋放大系數(shù)取1.15,考慮梁柱交接剛域,采用剛性樓板假定。

5.1結(jié)構(gòu)整體抗震性能評估

結(jié)構(gòu)X、Y向的能力曲線、需求曲線和抗倒塌驗(yàn)算結(jié)果如圖12所示(橫軸T為等效單自由度體系周期),能力曲線與需求曲線存在交點(diǎn),即性能點(diǎn),能力譜在經(jīng)過性能點(diǎn)后仍有上升趨勢。性能點(diǎn)時X向頂點(diǎn)位移為191 mm,基底剪力為24 008 kN,為小震彈性時基底剪力的4.8倍,剪重比為7.22%;Y向頂點(diǎn)位移為176 mm,底部剪力為22 934 kN,為小震彈性時基底剪力的4.1倍,剪重比為6.86%。性能點(diǎn)處X、Y向?qū)娱g位移角分別為1/350(20步)和1/431(24步),均小于彈塑性位移角限值1/140,結(jié)構(gòu)整體抗震性能滿足“大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。

(a)　X向

(b)　Y向

5.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能評估

推覆結(jié)果顯示,連梁作為耗能構(gòu)件在第11加載步率先開始出鉸,隨著加載步的增加,連梁普遍出鉸,少量框梁也出現(xiàn)塑性鉸,且框梁普遍晚于連梁進(jìn)入屈服狀態(tài),所有框柱未出鉸。轉(zhuǎn)換層在性能點(diǎn)處塑性鉸分布如圖13所示,由圖13可以看出,底部少量剪力墻出現(xiàn)水平裂縫和剛度退化,框支梁柱均未出鉸,轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。

(a)　X向

(b)　Y向

6　結(jié)構(gòu)抗震加強(qiáng)措施

通過計(jì)算分析,為了滿足抗震性能目標(biāo),本工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用以下加強(qiáng)措施:

(1) 框支梁柱按照小震、中震彈性雙控設(shè)計(jì)。

(2) 框支梁及上一層墻體應(yīng)力集中,墻內(nèi)非構(gòu)造配筋,需按FEQ平面有限元分析結(jié)果與整體分析結(jié)果的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(3) 為了提高框支柱的延性,框支柱軸壓比控制在0.6以下;框支梁柱及剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)抗震等級提高1級并加強(qiáng)配筋。

(4) 框支梁上部剪力墻若滿跨布置更好,使框支梁與上部墻體形成深梁,提高其共同作用能力。設(shè)置剪力墻底部加強(qiáng)區(qū)至轉(zhuǎn)換層及以上2層,剪力墻底部加強(qiáng)部位墻體水平和豎向分布鋼筋配筋率不小于0.3%;適當(dāng)增加落地墻厚度,以避免轉(zhuǎn)換層剛度突變。

(5) 框支轉(zhuǎn)換層樓板厚度取180 mm,雙層雙向配筋,配筋率不小于0.25%,以保證水平力有效傳遞[8]。

7　結(jié)　　論

(1) 在多遇地震作用下,振型分解反應(yīng)譜分析與彈性時程分析結(jié)果表明,各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求,結(jié)構(gòu)整體能夠滿足“小震不壞”的設(shè)防水準(zhǔn)。

(2) 框支部分在整體、部分的側(cè)向剛度計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求,沒有形成薄弱層。

(3) 通過對單榀框支剪力墻進(jìn)行平面有限元分析,了解轉(zhuǎn)換構(gòu)件的應(yīng)力分布情況并找出應(yīng)力集中部位,按應(yīng)力分析結(jié)果校核配筋。

(4) 若框支梁上部剪力墻滿跨布置,框支梁和承托剪力墻的共同作用程度相應(yīng)增強(qiáng),對框支梁受力有利。框支梁應(yīng)有合適的剛度,以改善并盡量形成強(qiáng)柱弱梁的屈服機(jī)制。

(5) 在罕遇地震下,彈塑性分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)最大層間位移角滿足規(guī)范要求的限值,轉(zhuǎn)換構(gòu)件沒有發(fā)生破壞,結(jié)構(gòu)具有較好的抗震能力。

[1]魏文杰.框支剪力墻結(jié)構(gòu)的彈性靜力分析[D].成都:西南交通大學(xué),2008.

[2]趙西安.鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992:322-325.

[3]魏璉,王森.轉(zhuǎn)換梁上部墻體受力特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法的研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2011,31(11):3-6.

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[5]李躍,林寶新,陳明.某帶錯層高層剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能分析[J].安徽建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2015,23(2):23-29.

[6]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程:JGJ 3—2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010：15-43.

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[11]中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部.PUSH & EPDA 多層及高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性靜力、動力分析軟件用戶手冊[Z].北京:中國建筑科學(xué)研究院PKPM CAD工程部,2010.

(責(zé)任編輯張淑艷)

Plane finite element analysis and lateral stiffness study of a long partial frame-supported shear wall structure

LIN Baoxin1,2,ZHAO Jie1

(1.School of Civil Engineering， Anhui Jianzhu University, Hefei 230022, China; 2.Institute of Architectural Design and Research, Anhui Jianzhu University, Hefei 230022, China)

Taking a high-rise shear wall structure with end transformation as an example, the elastic calculation in different mechanical models under frequent earthquake and the elasto-plastic analysis under rare earthquake are performed, and the contrastive study of the lateral stiffness of the transformation site is made. Then the plane finite element analysis of the single cross component of the transformation part under vertical constant load and horizontal seismic force is carried out, and the stress distribution of it is discussed. The results show that the whole structure and the transformation part have good bearing and deformation capacities. The study can provide a reference for similar projects.Key words:frame-supported shear wall; stiffness ratio; plane finite element analysis; static elasto-plastic analysis

2015-12-30；

2016-03-31

安徽省科技攻關(guān)計(jì)劃資助項(xiàng)目(1501041133)

林寶新(1966-),男,安徽和縣人,安徽建筑大學(xué)教授級高工,碩士生導(dǎo)師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2016.07.021

TU375.1

A

1003-5060(2016)07-0970-09