樓層最小剪力系數(shù)分析

殷實

【摘要】中國處在世界兩大地震帶之間——太平洋地震帶、歐亞地震帶，每一年都會發(fā)生許多次地震?？拐鹪O(shè)計是國內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計層面一個關(guān)鍵板塊，是有關(guān)國民安居樂業(yè)與國泰安康的重要課題[1]。本論文探究的內(nèi)容是長周期結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計反應(yīng)譜下的最小地震剪力系數(shù)，經(jīng)過模型解析反映出國家標(biāo)準(zhǔn)中存有的部分問題漏洞。我國研究者的觀點是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候樓層最低地震剪力指標(biāo)與地震反應(yīng)極值相關(guān)，但是與場地[2]類別沒有關(guān)系，在同一條件之下，在硬土場地上的構(gòu)筑物地震反應(yīng)反超軟土場地上的情況[3]。

【關(guān)鍵詞】長周期結(jié)構(gòu);反應(yīng)譜;彈性時程分析;最小地震剪力系數(shù)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.15.105

剖析模型的主體樓層數(shù)是54層，樓層總高度為210 m。運用鋼筋砼框體結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)層層高是3.7米，地下四層，基礎(chǔ)類別是筏板基礎(chǔ)，六度區(qū)。

1、反應(yīng)譜與動力時程比較

本論文選擇時程曲線運算基底剪力，對時程譜之下的地震剪力系數(shù)的均值和反應(yīng)譜下地震剪力指數(shù)展開比較。地震剪切指數(shù)的大小均是伴隨主體高度表現(xiàn)出非線性增長趨勢，伴隨樓層愈高，增加速率愈快。雙向地震影響下彈性時程地震剪切指數(shù)在各個樓層均低于反應(yīng)譜地震剪力系數(shù)。

反應(yīng)譜地震剪力指數(shù)相比于彈性時程地震剪力指數(shù)要明顯安全，愈是底層樓層這一效果就愈顯著。地震作用沿著高程方向變動較為均勻，各個樓層質(zhì)量分布較為均勻。地震影響下結(jié)構(gòu)最大層間移位角大概是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值的百分之四十，按照0.8%的底層剪切力指數(shù)反向推算的層間移位角可以符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可不執(zhí)行結(jié)構(gòu)布置調(diào)節(jié)，按照標(biāo)準(zhǔn)乘上對應(yīng)的剪力放大參數(shù)。

本項目最小剪力指數(shù)較小的原因是由于地震影響偏低，而不是結(jié)構(gòu)剛度偏弱，按照標(biāo)準(zhǔn)對剪切力指數(shù)最低值的要求執(zhí)行承受力校核，經(jīng)過程序?qū)ζ鋱?zhí)行自行調(diào)節(jié)后的結(jié)構(gòu)各樓層對照于地震作用規(guī)范值的剪力、最低地震剪力指數(shù)符合要求。

反應(yīng)譜和動力時程剖析的各樓層最大移位能夠發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)譜運算的頂樓最大移位大概是動力時程剖析的二倍，而且在頂層具有很大的突變，反應(yīng)譜移位相比于彈性時程移位要大，愈是在頂層，這一差別就愈顯著?？芍覈鴺?biāo)準(zhǔn)設(shè)計譜運算的移位反應(yīng)過度保守，并不滿足結(jié)構(gòu)實際的地震響應(yīng)狀況，可能造成過于保守的抗震設(shè)計。

2、層高對最小剪力系數(shù)的影響

經(jīng)過兩次降低樓層高度加大剛度，最低剪切力系數(shù)依次增加了1.14與1.28倍。能夠初步得到，在其它條件固定不變的狀況下，最低剪切力指數(shù)和樓層高度成反比例關(guān)系。但降低了樓層高度的同時也加大了結(jié)構(gòu)自震周期，而《抗規(guī)》指出的最低地震剪力指數(shù)限制值也加大了。調(diào)整樓層高度對結(jié)構(gòu)剛度、基礎(chǔ)周期影響顯著，對各樓層剪力指數(shù)影響也比較顯著。但標(biāo)準(zhǔn)對不同基礎(chǔ)周期的結(jié)構(gòu)最低地震剪力指數(shù)限制值也不一樣，當(dāng)架構(gòu)基礎(chǔ)周期在3.5s～5s之間的時候，最低地震剪力系數(shù)限制值伴隨架構(gòu)基礎(chǔ)周期的變小而加大。因此經(jīng)過調(diào)整樓層高度的方法，難以拉開運算最低地震剪切力指數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)限制值的差距。假如架構(gòu)在六度區(qū)無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)最低地震剪力指數(shù)限制值的要求，經(jīng)過降低樓層高度加大剛度的方法收效甚微。

控制樓層高度盡管對最低剪切力系數(shù)無顯著效用，但能夠顯著降低結(jié)構(gòu)位移，增大架構(gòu)剛度儲備，提升結(jié)構(gòu)的舒適度。所以，設(shè)計在確保運用凈高的基礎(chǔ)上，盡量減低樓層高度，降低架構(gòu)位移。

3、平面剛度差對最小剪力系數(shù)的影響

上述文章講述剖析的超高層模型增添X方向剪力墻A1、A2、A3與A4，記作模型二;持續(xù)增添剪力墻B1、B2、B3與B4，記作模型三。剪力墻平面外剛度比較弱，相比于平面內(nèi)基本能夠不作考慮。經(jīng)過增添剪力墻而增大結(jié)構(gòu)剛度的方法，對提升最低剪力系數(shù)發(fā)揮的效用不夠顯著。

各個樓層剪切力指數(shù)譜線能夠發(fā)現(xiàn)，模型2與模型3增添X方向剪力墻之后，各樓X方向地震層剪切力指數(shù)均有增加，特別是模型3的剪切力指數(shù)除去中心少許樓層增長顯著。Y向三個模型的地震剪力系數(shù)曲線基本重合，說明地震剪力系數(shù)是有方向性的，增加一個方向剛度對另一個方向地震剪力系數(shù)的影響是可以忽略的?？蚣芎诵耐步Y(jié)構(gòu)自身就具有較強(qiáng)的抗扭強(qiáng)度，假如平面布設(shè)尺寸標(biāo)準(zhǔn)，是不易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的。所以，對平面規(guī)則的框體核心筒架構(gòu)，可無需過多考量扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，也可忽視扭轉(zhuǎn)效用對最低剪切力指數(shù)的影響

不同剛度模型

小結(jié)：

本章節(jié)對結(jié)構(gòu)依次執(zhí)行單方向輸入激勵，同時以各個方向地震影響下的剪切力系數(shù)當(dāng)作對比指標(biāo)。比較了反應(yīng)譜剖析和動力時程解析下的地震剪切力指數(shù)，經(jīng)過一連串的參數(shù)剖析，探究管控最小地震剪力系數(shù)的辦法，剖析其實際效用，獲得主要結(jié)論顯示如下：

（1）動力時程剖析地震剪力系數(shù)和反應(yīng)譜解析地震剪力系數(shù)沿樓層發(fā)展的趨勢一致，時程解析大部分樓層地震對應(yīng)低于標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜解析，時程解析最低地震剪切力系數(shù)低于我國標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)譜。

（2）標(biāo)準(zhǔn)譜下地震剪力指數(shù)對應(yīng)較為保守，假如再按照標(biāo)準(zhǔn)最低地震剪力系數(shù)增大底層地震剪力，可能會造成過度保守的抗震設(shè)計，導(dǎo)致過多的冗余量。

（3）標(biāo)準(zhǔn)建議通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)布置或者加大結(jié)構(gòu)剛度的辦法來調(diào)控最低地震剪力系數(shù)并不是對全部工程項目都效果顯著，并且調(diào)節(jié)的代價成本較高。這類做法可以把控樓層層間移位，對優(yōu)化架構(gòu)的抗震性擁有極大的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]喻塵.一座城市的裂痕唐山地震三十年[J].華夏人文地理， 2006（4）：48-63.

[2]蔣建，呂西林，周穎，蔣歡軍.考慮場地類別的阻尼比修正系數(shù)研究[J].地震工程與工程振動，2009，29 （1）：153-161.

[3]方小丹，魏璉，周靖.長周期結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的特點與反應(yīng)譜[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2014，35（3）：16-23.

作者簡介：

殷實（1989.07-），男，漢族，湖南湘潭，碩士，工程師，研究方向：工作方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計。