多向地震作用下高层结构抗震性能研究.pdf

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1、76低温建筑技术2012年第6期(总第168期)多向地震作用下高层结构抗震性能研究金永泰(黑龙江省建筑设计研究院．哈尔滨150001)【摘要】以某平面不规则的框支剪力墙结构为研究对象，采用有限元数值模拟的方法对其在不同地震波、不同输入方向条件下的抗震性能进行了研究。计算结果显示，罕遇地震作用下结构的动力响应和塑性变形与地震波的特性、地震波的输入方向密切相关。【关键词】结构抗震性能；平面不规则结构；多方向地震作用；时程分析法【中图分类号】TU352【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)06—0076—02平面简单、规则、对称是高层结构抗震概念设计值模型，综合考虑该工程

2、的特点和7度的抗震设防基中的重要准则，但在工程实践中受限于建筑的功能要准基本情况，抗侧力构件选用的单元和假定如下。求或工程条件，结构的规则性有时很难获得满足。对(1)采用SHELL单元模拟剪力墙，假定剪力墙于平面不规则的结构，楼层平面的质量中心与其刚度的墙肢始终保持弹性的工作状态。中心存在偏差，在水平力的作用下结构会发生绕楼层(2)梁、柱采用FRAME单元，假定梁、柱的塑性刚心的扭转效应，扭转效应的强弱取决于结构平面的变形发生在柱、梁端部。偏心距(质量中心和刚度中心之间的距离)和等效在采用时程分析法计算结构的弹塑性变形，每道地刚心水平力的属性(大小和方向)。我国现行《建筑结震波的输入分

3、为6个计算工况，分别是以A轴为基构抗震规范》(以下简称抗震规范)和《高层建筑钢筋准，水平地震作用与之夹角分别为0。、30。、45。、90。、混凝土结构技术规程》(以下简称高层规范)中对高层115。和135。。抗震规范中建议计算罕遇地震时特征建筑结构抗震设计中可能遭受的扭转效应的有所规周期应增加0．5s，因此选用的地震波分别是E1一Cen．定，如“至少在建筑结构的两个主轴方向分别计算水tro波、Taft波和兰州人工波Ⅱ，依据抗震规范的规定平地震作用”、“应分别计算各抗侧力构件方向的水平将上述地震波的加速度峰值调整为220cm／s。地震作用”、“应计入双向水平地震作用下的扭转影3计算结果及

4、分析响”等。结构遭遇非平行于结构抗侧力构件方向的水3．1模态分析结果平地震作用的验算在规范中未有明确规定，并且多向模态分析后获得了计算模型的前50阶频率(包地震输入条件下结构的地震反应尚缺少研究成果可括扭转频率)，将其前5阶频率换算为结构的周期值供工程借鉴。汇总于表1中。表1中的结果显示，结构第一扭转自本文采用有限元数值分析的方法，结合某工程罕振周期与一阶平动周期的比值为0．84小于高层规程遇地震作用下的时程分析过程，探讨平面不规则结构的限值0．9，但是表1中结构的各阶扭转频率与平动在不同方向水平地震作用下的结构反应特征。频率非常接近，在地震波这种随机性很强的动力激振1工程结构简介下结

5、构不可避免地产生比较显著的扭转效应。某高层商住楼，结构形式部分框支剪力墙结构，地上32层，地下2层，层高3．0m，地上3层裙房，转换表1结构前五阶固有周期层设在第三层，现浇钢筋混凝土楼面。平面形式类似“L”形，翼缘长度f=26．9m，翼缘厚度6=16．1m，且结构的最大宽度B⋯：61．5m，结构的l／b=1．7，满足高层规范规定的2．0，但I／B⋯：0．43，超出高层规范规定的0．35，属于平面不规则结构。该抗震设防烈度为3．2罕遇地震作用的时程分析7度，Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组，场地的特征分别将三个地震波时程输入到结构计算模型的周期为0．35s。框支柱和剪力墙的混凝土强度等级均

6、基地，按照0．05s积分步长对结构的动力反应进行计采用C40。算。不同地震时程波、不同输入方向条件下的结构响2计算模型及计算说明应的最大值汇总于表2中。计算结果表明，E1Centro采用SAP2000空问有限元程序建立本工程的数波引起的结构反应最显著，Faft波引起的结构最大响金永泰：多向地震作用下高层结构抗震性能研究77应与E1Centro波相近，但结构最大响应的发生时刻滞好的弹塑性变形性能，不致因弹塑性变形而导致结构后2—2．5s，兰州人工波Ⅱ引起的地震反应最小，而且倒塌。结构的最大层问剪力发生在第3层的转换层在响应的幅值上也显著小于前两者，不同地震波作用处，显然结构抗侧力体系的变

7、化是导致剪力显著增大下结构响应的对比如图1、图2所示。地震波输入的的原因。角度与结构响应的程度密切相关，当地震波的输入角在罕遇地震作用下，多数连梁、框架梁的端部出度为45。时结构的响应值最大，值得注意的是45。的方现了塑性铰弹塑性变形。从时间历程上观察，塑性铰向恰是该结构唯一的对称轴方向，这与规范中建议的首先出现在剪力墙的连梁处，而后出现在剪力墙与框地震作用验算的方向相符合，与对称轴垂直的方向上架柱间的连梁上，最后部分框架梁端部也先后发生了的地