不同剪力墻筒體位置對框筒結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

史云婷

（北京房地置業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100020）

0 引言

某辦公樓為框筒結(jié)構(gòu)，設(shè)計地下2層、地上29層，總高度為108.6m。該樓主體結(jié)構(gòu)為裝配式結(jié)構(gòu)，樓板采用預(yù)制空心板，具體為華北13BGZ2-1PK 預(yù)應(yīng)力疊合板。該辦公樓設(shè)計了裝配式建筑剪力墻筒體，其位置的確定，既要保證高層建筑具有良好的空間結(jié)構(gòu)，又要考慮剪力墻的抗震性能，剪力墻筒體位置的設(shè)計成為該裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重難點?；诖?，本文結(jié)合該工程實例，研究不同剪力墻筒體位置對框筒結(jié)構(gòu)抗震性能穩(wěn)定性的影響。

1 模型建立與參數(shù)選取

1.1 模型建立

在確保剪力墻材料相同的條件下，采用SATWE 軟件[1]建立三種不同剪力墻筒體位置的框筒結(jié)構(gòu)模型，如圖1和圖2所示。

圖1 不同剪力墻筒體位置的建筑結(jié)構(gòu)模型立體圖

圖2 三種模型的標準層立體圖

模型1是在結(jié)構(gòu)中間部位設(shè)置4個L型的小筒體，結(jié)構(gòu)外圍為框架結(jié)構(gòu)；模型2是在結(jié)構(gòu)中間部位設(shè)置4個正方形的小筒體，結(jié)構(gòu)外圍為框架結(jié)構(gòu)；模型3是在整體結(jié)構(gòu)的外圍設(shè)置一個大筒體，內(nèi)部電梯間部位設(shè)置4個小筒體結(jié)構(gòu)。

1.2 外荷載參數(shù)選取

工程抗震設(shè)防烈度為8 度，設(shè)計地震加速度值為0.2g，設(shè)計地震分組為第二組，場地類別為Ⅱ類，特征周期值為0.40s。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》辦公樓抗震設(shè)防類別為乙類，結(jié)構(gòu)安全等級為一級，地面粗糙度類別為B類，風荷載按100年一遇考慮，修正后的基本風壓w0=0.90kN/m2。

1.3 樓層結(jié)構(gòu)參數(shù)選取

該工程的樓層結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取如下：

（1）柱：框架柱的截面尺寸有：邊柱1000mm×1000mm；中柱800mm×800mm，荷載主要包括框架柱自重以及柱子抹灰等。

（2）梁：樓面框架梁截面尺寸主要有300mm×700mm 和300mm×600mm 兩種；連梁截面尺寸為250mm×700mm、250mm×650mm 和300mm×700mm三種。荷載主要包括框架梁和連梁的自重以及抹灰、樓板傳遞至梁的荷載，砌體填充墻產(chǎn)生的附加荷載等。

（3）墻：剪力墻的截面尺寸有地下部分450mm、地上部分為300mm，電梯井的墻厚為300mm。荷載主要包括剪力墻體自重和抹灰等。

（4）樓板：轉(zhuǎn)換層樓板厚為130mm。

2 建筑結(jié)構(gòu)自振周期比較

通過數(shù)值模擬的方法得到三種模型結(jié)構(gòu)自震周期及振型方向，模擬結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1可得：每種模型均選取9個震型作為研究對象，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[2-6]可知高層混合結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜高層建筑的結(jié)構(gòu)以扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與以平動為主的第一自振周期T1之比不應(yīng)大于0.85，模型3 的自振周期最小，周期比為0.687；模型2的自振周期其次，周期比為0.805；模型1的自振周期最大，周期比為0.795，均滿足規(guī)范要求。從周期結(jié)果可以得出模型3周期比最小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)最小，剛度中心和質(zhì)量中心最為接近，故模型3的抗震性能最好，模型1次之。

表1 三種模型結(jié)構(gòu)自震周期及振型方向計算結(jié)果

3 建筑結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件地震剪力比較

各結(jié)構(gòu)模型的剪力如表2所示。由表2可以看出：3種模型主要承受地震剪力的構(gòu)件均為剪力墻，模型1的X方向最大剪力為78469.7kN，Y方向最大剪力為78469.8kN；模型2的X方向最大剪力為81561.5kN，Y方向最大剪力為81574.8kN；模型3的X方向最大剪力為97873.8kN，Y方向最大剪力為97889.8kN。由此可知，無論是X方向還是Y方向，三個模型的最大剪力大小基本相同，這是因為整體結(jié)構(gòu)平面為沿X方向和Y方向?qū)ΨQ的八邊型。

表2 不同剪力墻筒體位置的模型結(jié)構(gòu)剪力計算結(jié)果（kN）

4 建筑結(jié)構(gòu)層間最大位移和層間位移角比較

層間位移角是指按彈性方法計算的風荷載或多遇地震標準值作用下的樓層層間最大水平位移與層高之比Δu/h。根基《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求，建筑結(jié)構(gòu)的層間位移角的限值：剪力墻為1/1000、框剪結(jié)構(gòu)為1/800，框架結(jié)構(gòu)為1/550。三種模型最大結(jié)構(gòu)位移和層間位移角如表3所示。

表3 三種模型層間最大位移與層間位移角計算結(jié)果（單位：mm）

表3可以得出：模型1的位移最大并且層間位移角不滿足規(guī)范要求；模型2的X方向最大位移為114.37mm，Y方向最大位移為114.36mm；模型3的X方向最大位移為26.73mm，Y方向最大位移為26.74mm。由此可以看出，無論是X方向還是Y方向，模型3的樓層位移以及層間位移角均最小，變形最小，抗震性能最優(yōu)，隨著剪力墻包圍范圍的增加，結(jié)構(gòu)抗震性能有所增加。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文分析了不同剪力墻筒體位置對框筒結(jié)構(gòu)抗震性能的影響，分別對三種不同剪力墻筒體位置的框筒結(jié)構(gòu)模型的自振周期及振型方向、豎向構(gòu)件地震剪力、層間最大位移和層間位移角進行比較。結(jié)果表明模型3的自振周期、層間最大位移、層間位移角均最小，結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)最小，剛度中心和質(zhì)量中心最為接近。因此，采用模型3中的剪力墻筒體位置進行框筒結(jié)構(gòu)設(shè)計，既可以滿足建筑結(jié)構(gòu)抗震要求，又具有良好的整體抗震性能。