等效剛度比對(duì)框支轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)抗震性能影響研究

姬利霞 張 強(qiáng)

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830006)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐日益加快，大中型城市人口數(shù)量不斷增多、建設(shè)用地日趨緊張，國內(nèi)高層建筑正朝著多元化、多功能的大型綜合體穩(wěn)步發(fā)展[1]。建筑的使用功能沿豎直方向要發(fā)生變化，下部樓層作為商場、飯店，上部樓層作為住宅、旅店等，為滿足不同建筑功能需求，會(huì)在房屋豎直方向布置轉(zhuǎn)換層，框支剪力墻結(jié)構(gòu)便應(yīng)用而生[2]。

框支剪力墻結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換層上下樓層剛度不連續(xù)，在水平地震作用下轉(zhuǎn)換層變形、內(nèi)力往往會(huì)發(fā)生突變，易形成薄弱層[3]。等效剛度比的合理選擇可以大大減弱地震作用下的災(zāi)害，因此研究這個(gè)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有重要意義。

1 工程概況

該工程為一帶核心筒的框支剪力墻轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，地上主體結(jié)構(gòu)為22層，帶1層地下室。轉(zhuǎn)換層設(shè)置在第3層，框支層樓層高度為5 m，轉(zhuǎn)換層以上各樓層高度均為3 m，結(jié)構(gòu)主體總高度為72 m。該工程所在地區(qū)為8度抗震區(qū)，地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類。

結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件尺寸：框支柱1 000 mm×1 000 mm，轉(zhuǎn)換梁800 mm×1 600 mm，轉(zhuǎn)換層樓板200 mm，其他層樓板150 mm，落地剪力墻350 mm，其他層剪力墻200 mm。結(jié)構(gòu)平面、立面圖如圖1，圖2所示。

基于原工程，改變主要受力構(gòu)件尺寸，得到四組計(jì)算模型，如表1所示。

2 分析結(jié)果

2.1 自振周期

由表2可知，結(jié)構(gòu)前三階振型的自振周期受等效剛度比γe的影響較大，特別是基本周期，高階振型對(duì)應(yīng)的自振周期受γe的影響甚微。此外，經(jīng)表2計(jì)算可知，A組模型中，框支柱截面為700 mm×700 mm～1 000 mm×1 000 mm，結(jié)構(gòu)γe值增大52.5%，第一周期減小7.9%；B組模型中，轉(zhuǎn)換層上部剪力墻厚度為110 mm～300 mm，結(jié)構(gòu)γe值減小39.7%，第一周期減小3.3%；C組模型中，下部核心筒剪力墻厚度為200 mm～650 mm，結(jié)構(gòu)γe值增大63.9%，第一周期減小5.5%；D組模型中，轉(zhuǎn)換層和下部樓層梁截面尺寸為300 mm×800 mm～400 mm×1 200 mm，結(jié)構(gòu)γe值增大68.9%，第一周期減小5.3%?？梢姼淖兛蛑又映叽绫雀淖兤渌齻€(gè)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)自振周期的影響大。

表1 四組計(jì)算模型構(gòu)件尺寸

表2 結(jié)構(gòu)自振周期

2.2 樓層位移與位移角

結(jié)合圖表可得：

1)由表3可知，B組模型中改變剪力墻厚度對(duì)結(jié)構(gòu)水平位移影響不大。A組、C組、D組模型的樓層位移值隨著γe的增大而減小，這是因?yàn)棣胑越大，結(jié)構(gòu)越剛。

表3 各組模型的最大位移與最大位移角

2)由圖3，圖4可知，轉(zhuǎn)換層附近樓層位移與層間位移角均發(fā)生突變，等效剛度比γe越大，這一突變?cè)骄徍?。此外，γe大于1.0時(shí)樓層位移突變程度比γe小于1.0時(shí)小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理控制γe來減小轉(zhuǎn)換層附近的變形突變[4]。

3)從表3可知，結(jié)構(gòu)最大層間位移角在第8層、9層，框支層位移角沒有成為控制因素，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)既要加強(qiáng)薄弱層，又要對(duì)易發(fā)生破壞的樓層采取抗震措施[5]。A組模型，由A1到A4γe值增大52.5%，結(jié)構(gòu)最大位移減小8.4%，最大層間位移角減小3.3%；B組模型，由B1到B4γe值減小39.7%，結(jié)構(gòu)最大位移減小1.7%，最大層間位移角減小5.2%；C組模型，由C1到C4γe值增大63.9%，結(jié)構(gòu)最大位移減小5.9%，最大層間位移角減小1.1%；D組模型，由D1到D4γe值剛度比增大68.9%，結(jié)構(gòu)最大位移減小4.6%，最大層間位移角減小1.4%。通過改變構(gòu)件截面尺寸得到不同γe值，結(jié)構(gòu)變形特征有明顯差異，框支柱尺寸對(duì)結(jié)構(gòu)的最大位移影響較大，框支層以上剪力墻厚度對(duì)結(jié)構(gòu)最大層間位移角影響最大。限于篇幅只羅列部分位移圖(見圖3，圖4)。

2.3 樓層剪力

限于篇幅只羅列部分模型樓層剪力曲線圖(見圖5，圖6)。

表4 剪力突變值

從以上樓層剪力分析結(jié)果可得：

1)由圖3，圖4知，在A組、C組、D組模型中，結(jié)構(gòu)的樓層剪力隨γe的增大而增大；B組模型中結(jié)構(gòu)樓層剪力隨著γe的增長而減小，此時(shí)γe的增大是轉(zhuǎn)換層上部剪力墻體變薄引起的，結(jié)構(gòu)質(zhì)量變輕、剛度變小，故樓層剪力變小。A組模型，由A1到A4γe值增大52.5%，結(jié)構(gòu)底層剪力增大9.6%；B組模型，由B1到B4γe值減小39.7%，結(jié)構(gòu)底層剪力增大23.8%；C組模型，由C1到C4γe值增大63.9%，結(jié)構(gòu)底層剪力增大6.9%；D組模型，由D1到D4γe值增大68.9%，結(jié)構(gòu)底層剪力增大9.5%。由此可見，剪力墻厚度的改變對(duì)樓層剪力影響最大。

2)由表4可知，轉(zhuǎn)換層部位樓層剪力發(fā)生突變，四組模型中剪力突變隨著γe的增大而增大。此外，D組模型的樓層剪力突變比其他三組緩和，可見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通過調(diào)整框支層梁截面尺寸能夠有效控制結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)受力趨于均勻[6]。

3 結(jié)語

采用SAP2000對(duì)16個(gè)計(jì)算模型分析后，結(jié)論如下：

1)結(jié)構(gòu)低階振型的周期受等效剛度比γe的影響較大，尤其是基本周期，高階振型的周期受其影響較小。此外，改變框支柱截面尺寸比改變其他三個(gè)因素對(duì)結(jié)構(gòu)自振周期的影響大。

2)改變上部剪力墻厚度對(duì)結(jié)構(gòu)水平位移的影響較小。通過改變框支柱尺寸、下部核心筒厚度、轉(zhuǎn)換層及下部樓層的梁截面尺寸，來改變等效側(cè)向剛度比γe的值，樓層位移會(huì)隨著γe的增大而減小?？蛑е叽鐚?duì)結(jié)構(gòu)的最大位移影響較大，框支層以上剪力墻厚度對(duì)結(jié)構(gòu)最大層間位移角影響較大。

3)轉(zhuǎn)換層附近樓層位移與層間位移角均發(fā)生突變，γe越大突變?cè)骄徍?，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理控制γe來減小轉(zhuǎn)換層處的位移突變。結(jié)構(gòu)最大層間位移角出現(xiàn)在第8層、9層，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)薄弱部位采取抗震措施。

4)轉(zhuǎn)換層部位樓層剪力發(fā)生突變，四組模型中剪力突變隨著γe的增大而增大。調(diào)整框支層梁截面尺寸能夠有效控制結(jié)構(gòu)的豎向抗側(cè)剛度，使結(jié)構(gòu)受力趨于均勻。

參考文獻(xiàn):

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[2] 唐興榮.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[3] Kuang J S,Zhang Z J.Analysis and Behavior of Transfer Plate-shear Wall systems in Tall Buildings.The structural Design of Tall and special Buildings[J].John Wiley&sons,2003,12(5):409-421.

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