吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分析

袁慎欽

中冶南方武漢建筑設(shè)計(jì)有限公司（430010）

0 前言

影響吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的主要因素有兩個(gè)方面，一方面是自然因素，另一方面是山地建筑的接地形態(tài)。從目前建筑環(huán)境來(lái)看，為了保護(hù)地貌會(huì)盡可能保持地表的原本地形與植被，所以提倡“減少接觸”的接地形式。吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)因?yàn)榕c地表接觸的特殊性，所以在抗震性能方面相對(duì)于其他類(lèi)型建筑而言要復(fù)雜許多。探討吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能具備顯著的實(shí)用價(jià)值。

1 吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性

當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)山地城市已經(jīng)建設(shè)和規(guī)劃建設(shè)的吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)非常多。吊腳結(jié)構(gòu)橫坡向的扭轉(zhuǎn)作用可以通過(guò)調(diào)整橫坡向的坡度與跨數(shù)來(lái)調(diào)整，但是先天的不對(duì)稱(chēng)性會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在順坡向上坡度影響結(jié)構(gòu)布置不靈活，很難借助調(diào)整的方式來(lái)解決。因此，研究重點(diǎn)放在對(duì)掉角結(jié)構(gòu)順坡向的結(jié)構(gòu)性能分析方面，并為了簡(jiǎn)便計(jì)算采取順坡向的計(jì)算分析方式[1]。在結(jié)構(gòu)的不同階震型周期作為結(jié)構(gòu)分析中直接影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的重要參數(shù)，數(shù)值和結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度密切相關(guān)，借助模態(tài)分析可以獲得上述不同模型的各階震型周期。在單跨底部不等高柱框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的計(jì)算方式方面，參考《山地底部不等高柱框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度計(jì)算方法》中的基礎(chǔ)模型，但是發(fā)現(xiàn)這一模型雖然考慮到底部吊腳柱不等高嵌固的因素，卻沒(méi)有考慮接地層以上部分對(duì)于吊腳部分的影響。在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，構(gòu)建關(guān)于單跨底部不等高柱框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)模型，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)位移法的方式推導(dǎo)側(cè)向剛度。其中公式推導(dǎo)基于四個(gè)假設(shè)，這四個(gè)假設(shè)分別為材料線(xiàn)彈射假設(shè)、構(gòu)件小變形假設(shè)、構(gòu)建變形以彎曲變形為主假設(shè)及所有桿件都屬于等截面直桿的假設(shè)。

2 吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)抗震性能

以彈性反應(yīng)譜計(jì)算方式進(jìn)行分析，隨著剛度比的提升，吊腳結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)側(cè)移量會(huì)隨之減少。吊腳部分在各柱的側(cè)移方面，因?yàn)榈跄_部分不等高接地柱柱端的轉(zhuǎn)角存在差異，所以不同吊腳柱的側(cè)移量也會(huì)有所不同[2]。

在基礎(chǔ)規(guī)律方面，不同吊腳柱的側(cè)移量會(huì)隨著柱增長(zhǎng)而減少，吊腳柱剛度會(huì)隨著柱長(zhǎng)的減少而增大。從上至下，吊腳結(jié)構(gòu)的層間位移會(huì)在有所增大之后不斷減小。最長(zhǎng)的吊腳柱一側(cè)層間位移在地面上二層區(qū)間達(dá)到最大，在地上一層減小，最短的吊腳柱一側(cè)，層間位移在地面上一層達(dá)到最大值，在接地層不斷減小。基于吊腳柱不等高嵌固的原因，從最長(zhǎng)吊腳柱的一側(cè)到最短一側(cè)，結(jié)構(gòu)的軟弱層會(huì)逐漸從地上2層過(guò)渡到1層。隨著剛度比的提升，吊腳結(jié)構(gòu)的層間位移會(huì)不斷減少，此時(shí)相對(duì)應(yīng)的衰減幅度也會(huì)不斷減少[3]。在受力特征方面也是伴隨著剛度比的提升，吊腳結(jié)構(gòu)的不同層剪力逐層提高。

基礎(chǔ)規(guī)律為不同吊腳柱隨著柱長(zhǎng)的減少，柱剪力會(huì)不斷提升，因?yàn)閷觾?nèi)的不同柱剪力根據(jù)抗側(cè)桿件的側(cè)向剛度分配，桿件的抗側(cè)剛度和桿件有效長(zhǎng)度成正比，所以在最短吊腳柱位置處會(huì)產(chǎn)生集中剪力現(xiàn)象，并達(dá)到最大值。

3 結(jié)語(yǔ)

吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)抗震性能相對(duì)比較特殊。隨著結(jié)構(gòu)剛度比的提升，吊腳框架結(jié)構(gòu)在不同強(qiáng)度之下的彈性、彈塑性受力變化規(guī)律比較相似。在罕遇地震作用之下，結(jié)構(gòu)的層間位移角最大值處于地上1層或接地層，接地層梁內(nèi)的軸力明顯超過(guò)接地層和更高層，并且越靠近最短吊腳柱，梁內(nèi)軸力會(huì)隨之增大。吊腳短柱并沒(méi)有出現(xiàn)剪切破壞，但是仍然屬于豎向抗側(cè)力構(gòu)件當(dāng)中最早的非線(xiàn)性構(gòu)件，隨著剛度比的提升結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷程度則會(huì)下降。根據(jù)目前實(shí)行的規(guī)范，吊腳式山地建筑結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用之下的彈性、彈塑性層間位移角都比較小，可以達(dá)到較強(qiáng)的抗震性能。