層間隔震建筑下部結(jié)構(gòu)彈塑性簡化分析方法

朱龍基 冼巧玲

(1.東莞理工學(xué)院城市學(xué)院，廣東 東莞 523430; 2.廣州大學(xué)，廣東 廣州 510000)

?

層間隔震建筑下部結(jié)構(gòu)彈塑性簡化分析方法

朱龍基1冼巧玲2

(1.東莞理工學(xué)院城市學(xué)院，廣東 東莞 523430; 2.廣州大學(xué)，廣東 廣州 510000)

介紹了層間隔震建筑下部結(jié)構(gòu)彈塑性簡化分析模型的建立方法，并將簡化模型與精細(xì)模型的彈塑性分析結(jié)果作了對比，驗證了簡化分析模型的合理性，解決了層間隔震結(jié)構(gòu)的量化彈塑性分析問題。

層間隔震，簡化模型，彈塑性分析，建筑結(jié)構(gòu)

0 引言

隨著建筑結(jié)構(gòu)的高度和復(fù)雜程度的逐年提升，建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性分析越來越被重視，高層結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下薄弱層彈塑性變形驗算,應(yīng)符合下列規(guī)定:1)7度～9度時樓層屈服強度系數(shù)小于0.5的框架結(jié)構(gòu)；2)甲類建筑和9度抗震設(shè)防的乙類建筑結(jié)構(gòu)；3)采用隔震和消能減震設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)；4)房屋高度大于150 m的結(jié)構(gòu)。

1 簡化分析模型

層間隔震結(jié)構(gòu)體系往往隔震層以上結(jié)構(gòu)能達(dá)到很好的減震效果，但隔震層以下結(jié)構(gòu)卻直接處于與地震動相互作用之中，承受由上部疊加下來的大量水平剪力，所以隔震層以下結(jié)構(gòu)常常處于危險的境地，鑒于GB 50011—2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范12.2.9第2條規(guī)定：隔震層以下的結(jié)構(gòu)(包括地下室和隔震塔樓下的底盤)中直接支撐隔震層以上結(jié)構(gòu)的相關(guān)構(gòu)件，應(yīng)滿足嵌固的剛度比和隔震后設(shè)防地震的抗震承載力要求，并按罕遇地震進行抗剪承載力驗算。

在設(shè)防地震下，某隔震結(jié)構(gòu)的減震系數(shù)為0.43，也就是該隔震結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)相對于非隔震結(jié)構(gòu)可以減少57%的水平地震力，我們有理由將上部結(jié)構(gòu)在罕遇地震下近似的看作處于彈性范圍內(nèi)而下部結(jié)構(gòu)進入彈塑性，簡化其結(jié)構(gòu)的下部結(jié)構(gòu)彈塑性分析，以達(dá)到高效的分析，給出初步的結(jié)構(gòu)彈塑性分析結(jié)論來指導(dǎo)下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

1.1 簡化模型的建立

簡化模型的材料非線性、連接/支座單元的非線性、框架單元內(nèi)的塑性鉸、剪力墻分層殼模型來模擬結(jié)構(gòu)的非線性行為均與精細(xì)模型一致，兩者之間的不同在于，精細(xì)模型考慮的是整體彈塑性，故在其每一根梁與柱均加設(shè)了框架單元的塑性鉸和每片剪力墻均為分層殼模型；而簡化模型主要考慮的是隔震層以下結(jié)構(gòu)進入彈塑性，故在其下部結(jié)構(gòu)每一根梁與柱加設(shè)了框架單元的塑性鉸和每片剪力墻為分層殼模型。

1.2 罕遇烈度地震下地震波的選取

由于模型簡化的只是塑性鉸的分布和剪力墻塑性行為的分布，所以對于結(jié)構(gòu)的周期沒有影響，對于結(jié)構(gòu)罕遇地震下的基地剪力影響甚微，所以地震波采用的是精細(xì)模型分析時所選取的地震波。

2 簡化模型的彈塑性分析

以下是用ETABS2013非線性版計算分析的簡化模型彈塑性分析結(jié)果的主要宏觀數(shù)據(jù)(見表1)。

表1 簡化模型彈塑性分析結(jié)果

罕遇地震下的絕對層位移曲線見圖1，隔震層在第1層柱頂時下部結(jié)構(gòu)的塑性鉸發(fā)展趨勢見圖2。

表2 簡化模型與精細(xì)模型彈塑性分析結(jié)果在宏觀指標(biāo)上的對比

模型簡化模型精細(xì)模型比例/%周期/s第一周期4．4524．7215．70第二周期4．254．3953．30第三周期3．9664．0953．20結(jié)構(gòu)總質(zhì)量/t7851057851050．00基底剪力/kNElcentrolX向12522415291518．10ElcentrolY向13033216479620．90RH2TG045X向1285421304071．40RH2TG045Y向1251101314914．90TH2TG090X向1249091327285．90TH2TG090Y向1297471233255．20最大頂點位移/mmElcentrolX向118312858．00ElcentrolY向108411596．50RH2TG045X向1040115810．20RH2TG045Y向867102115．10TH2TG090X向112812227．70TH2TG090Y向946112115．60隔震層最大位移/mmElcentrolX向7326699．30ElcentrolY向7577510．80RH2TG045X向5685730．90RH2TG045Y向5846165．20TH2TG090X向5455816．10TH2TG090Y向5655640．10最大層間位移角(層號)ElcentrolX向1/147(16)1/159(16)7．50ElcentrolY向1/233(16)1/105(16)121．90RH2TG045X向1/183(11)1/142(16)28．90RH2TG045Y向1/243(16)1/183(16)32．80TH2TG090X向1/139(16)1/117(18)18．80TH2TG090Y向1/197(16)1/136(18)44．90下部結(jié)構(gòu)最大絕對層位移ElcentrolX向17172．90ElcentrolY向10100．60RH2TG045X向131512．90RH2TG045Y向8910．80TH2TG090X向15151．50TH2TG090Y向91011．00下部結(jié)構(gòu)最大層間位移角倒數(shù)ElcentrolX向2902823．00ElcentrolY向4764790．60RH2TG045X向36231514．80RH2TG045Y向59152812．10TH2TG090X向3233281．40TH2TG090Y向54048112．30分析所用時間約4h35min約17h73．50注：其中“比例”是按(簡化-精細(xì))/精細(xì)計算所得

3 簡化方法的精度

采用簡化彈塑性分析模型計算分析后，與精細(xì)彈塑性分析模型在結(jié)構(gòu)周期、結(jié)構(gòu)變形以及結(jié)構(gòu)層剪力等方面進行對比(見表2)。

簡化彈塑性分析模型與精細(xì)彈塑性分析模型計算結(jié)果對比曲線見圖3。

由圖3，表2可以看出，簡化模型的精度平均值基本可以維持在15%左右，其中能表達(dá)下部結(jié)構(gòu)彈塑性的數(shù)據(jù)精度平均值在7%左右。所以認(rèn)為該簡化模型建立是相對合理的。而采用簡化模型分析可以大大減少分析時間，在此基礎(chǔ)上就可以對層間隔震下部結(jié)構(gòu)進行批量的分析，得到其在罕遇地震下的動力特性，以指導(dǎo)層間隔震下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

4 結(jié)語

筆者通過建立一個合理的層間隔震模型，并在彈性階段設(shè)計完成后對其進行罕遇地震下的彈塑性分析，討論該結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。并由此提出一種簡化的彈塑性分析模型，在對該簡化模型分析后得出結(jié)論：

1)簡化模型的平均精度在15%左右，且隔震層以下結(jié)構(gòu)的精度在7%左右。該結(jié)論驗證了筆者提出的假設(shè)：在罕遇地震下，隔震層以下結(jié)構(gòu)相對于隔震層以上結(jié)構(gòu)更早進入彈塑性，所以可以將模型簡化成下部結(jié)構(gòu)為彈塑性模型，而上部結(jié)構(gòu)為彈性模型。

2)簡化模型的分析時間遠(yuǎn)小于精細(xì)模型的分析時間，分析所用時間約減少75%，這就對層間隔震結(jié)構(gòu)的量化彈塑性分析提供了可能性。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2] 吳建喬，施衛(wèi)星，王 群.舊房改造中的層間隔震方法[J].上海建設(shè)科技，1997(3):43-44.

[3] 周福霖,俞公驊.結(jié)構(gòu)減震控制體系的研究、應(yīng)用與發(fā)展[J].鋼結(jié)構(gòu)，1993(1)：33-35.

[4] 蘇經(jīng)宇,曾德民.我國建筑結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)的研究和應(yīng)用[J].地震工程與工程振動，2001(4)：17-18.

[5] 譚 平,周福霖.隔震技術(shù)的研究與工程應(yīng)用[J].施工技術(shù)，2008，37(10)：172-173.

[6] 鄧 偉.隔震結(jié)構(gòu)在省防震減震中心大樓工程中的應(yīng)用[J].福州建設(shè)科技,2004(4)：33-34.

Elastic-plastic simplified analysis method of bottom structure of interlayer seismic isolation building

Zhu Longji1Xian Qiaoling2

(1.CollegeofCity,DongguanCollegeofTechnology,Dongguan523430,China; 2.GuangzhouUniversity,Guangzhou510000,China)

The paper introduces elastic-plastic simplified analysis model establishing method of bottom structure of interlayer seismic isolation building, and compares the elastic-plastic analysis results of simplified mode and detailed model. As a result, it testifies the rationality of simplified analysis model, and solves quantitative elastic-plastic analysis problems of interlayer seismic isolation structure as well.

interlayer seismic isolation, simplified model, elastic-plastic analysis, architectural structure

1009-6825(2016)26-0056-03

2016-07-06

朱龍基(1989- )，男，碩士，助教

TU313

A