不等高嵌固多層框架結(jié)構(gòu)抗震性能變化規(guī)律的探討

劉 慶 海

(濟(jì)南中建建筑設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250000)

0 引言

臨坡而建的吊腳結(jié)構(gòu)作為山地建筑常見的結(jié)構(gòu)形式之一，既利用山地地形的優(yōu)勢(shì)，又保持自然生態(tài)，是山地建筑的風(fēng)景線[1]。山地建筑依山而建，形成底部不等高嵌固結(jié)構(gòu)。本文針對(duì)某實(shí)際工程，并借鑒相關(guān)研究成果[2]，分別利用ETABS和YJK軟件，分析不等高嵌固結(jié)構(gòu)(吊腳結(jié)構(gòu))與等高嵌固結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的差異以及框架柱內(nèi)力的差異，同時(shí)總結(jié)吊腳高度的不同結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及框架柱內(nèi)力的變化規(guī)律，為今后相似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考建議。

1 工程概況

某多層框架結(jié)構(gòu)，地上5層，標(biāo)準(zhǔn)層高3.8 m。建筑抗震設(shè)防類別丙類，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，場(chǎng)地類別Ⅱ類。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

本工程位于斜坡型中風(fēng)化石灰?guī)r，分別考慮吊腳高度Δh為0.5 m，1 m，1.5 m，2 m，2.5 m，3 m時(shí)(如圖2所示)，分析總結(jié)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及框架柱內(nèi)力的變化規(guī)律。

2 結(jié)構(gòu)分析

2.1 等高嵌固(吊腳高度Δh=0時(shí))結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性對(duì)比

為對(duì)比分析采用不同計(jì)算軟件不等高嵌固結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及框架柱內(nèi)力變化，分別用ETABS，YJK在吊腳高度Δh=0時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及內(nèi)力進(jìn)行比對(duì)。

由表1可以看出等高嵌固多層框架結(jié)構(gòu)，不同軟件計(jì)算的基本周期基本一致。表2中結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)相差不大，誤差基本在5%之內(nèi)。兩軟件計(jì)算結(jié)果可以作為不等高嵌固結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的對(duì)比。

表1 等高嵌固結(jié)構(gòu)基本周期

表2 等高嵌固結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

2.2 不等高嵌固結(jié)構(gòu)基本特性分析

圖3，圖4分別為ETABS，YJK軟件計(jì)算的不等高嵌固吊腳高度不同時(shí)，基本周期變化趨勢(shì)。從圖中可以看出，隨著吊腳高度的增加，結(jié)構(gòu)的基本周期呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，其中第一平動(dòng)周期減小了12.5%，扭轉(zhuǎn)周期減小了11.9%。吊腳高度增加，結(jié)構(gòu)剛度有增大的趨勢(shì)。

2.3 不等高嵌固結(jié)構(gòu)地震剪力分析

圖5為ETABS，YJK軟件計(jì)算的不等高嵌固吊腳高度不同時(shí)，X，Y方向地震剪力的變化趨勢(shì)。由圖可知，X方向地震剪力隨吊腳高度的增加基本不變；Y方向地震剪力隨吊腳高度的增加呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)。從側(cè)面也反映吊腳高度很大時(shí)(即接近于掉層時(shí))，Y方向結(jié)構(gòu)剛度明顯增加。

2.4 不等高嵌固結(jié)構(gòu)位移分析

從圖6可以看出隨吊腳高度的增加，結(jié)構(gòu)位移比基本呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。其中ETABS軟件計(jì)算結(jié)果表明結(jié)構(gòu)位移比明顯增加，而YJK的計(jì)算結(jié)果則顯示出先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。因此也反映不等高嵌固結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，建議多個(gè)軟件對(duì)比分析，綜合考慮分析結(jié)果，達(dá)到合理設(shè)計(jì)的目的。

2.5 不等高嵌固結(jié)構(gòu)框架柱內(nèi)力變化規(guī)律

圖7，圖8為ETABS計(jì)算的X，Y方向地震作用下典型框架柱(KZ-1，KZ-2，KZ-3，KZ-4等)內(nèi)力變化趨勢(shì)。圖9，

圖10為YJK計(jì)算的X，Y方向地震作用下典型框架柱內(nèi)力變化趨勢(shì)。圖7，圖9顯示吊腳長(zhǎng)柱(KZ-1)在X向地震作用下，剪力呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，吊腳短柱(KZ-2,KZ-3,KZ-4)則是隨吊腳高度的增加剪力逐漸增大。圖8,圖10表明吊腳長(zhǎng)柱在Y向地震作用下，剪力逐漸減小，吊腳短柱則是在吊腳高度較小時(shí)剪力基本不變，當(dāng)?shù)跄_高度超過(guò)層高1/3時(shí)，剪力顯著增大。隨著吊腳高度的增加，吊腳短柱剛度，尤其是Y向，顯著增加。不等高嵌固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)著重考慮吊腳短柱剛度增加的不利影響。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)建立不等高嵌固框架結(jié)構(gòu)的模型，分別采用ETABS，YJK等軟件對(duì)比分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及相關(guān)框架柱內(nèi)力變化，可得出如下結(jié)論：

1)吊腳高度不同時(shí)，結(jié)構(gòu)周期及周期比均在規(guī)范規(guī)定限值內(nèi)，且相差不大，說(shuō)明吊腳高度的變化對(duì)結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)剛度的影響相對(duì)較小。

2)隨著吊腳高度的增加，當(dāng)?shù)跄_高度接近層高時(shí)，剛度增加顯著。

3)當(dāng)?shù)跄_高度柱間增加時(shí)，不等高嵌固結(jié)構(gòu)位移比明顯增加。因此實(shí)際工程應(yīng)盡可能選擇坡地較小處；同時(shí)對(duì)不等高嵌固結(jié)構(gòu)建議多種設(shè)計(jì)軟件對(duì)比分析，以便做到設(shè)計(jì)的合理性。

4)不等高嵌固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)著重考慮吊腳短柱剛度增加的不利影響。在加強(qiáng)吊腳層時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)薄弱層向上轉(zhuǎn)移的可能。