平面布置不对称框架剪力墙结构抗震性能研究

来源: www.sblunwen.com 作者:vicky 发布时间:2015-06-27 17:38 论文字数:41577字
论文编号: sb2015062511163713062 论文地区:中国 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文 论文价格: 150
本文是建筑论文,本文从实际的工程出发,通过建立不同的框架剪力墙模型,提出合理的工程设计思路与理念,得到优化的结构方案。
第1章绪论

1.1研究背景
随着社会经济的快速发展,城市建设的需求,体型复杂和平面不对称建筑物日益增多,结构的不对称性不仅仅体现在平面布置上,还体现在房间整体的布局上。平面不对称如复杂的L型、U型等建筑如图1-1所示,电梯间、楼梯间偏置于建筑一侧等。结构平面的不对称性将引起建筑在水平侧向力作用下的扭转变形破坏,如1971年在圣非南多发生的地震,美国医疗中心二层结构精神病诊疗所,二层整体塌落,地震后测出二层结构向南偏移,并逆时针旋转2度,说明地震扭转的危害性。1999年台湾集集地震导致很多不对称的砖房和钢筋混凝土的框架结构扭转破坏。2011年日本东北大地震3层框架结构因不对称致整体扭转发生了剪切破坏,尤其是底部破坏明显如图1-2。扭转对结构抗侧力十分不利,对非结构构件也产生较大的影响,而且会导致成本耗材的增加。为满足使用功能的要求,需要正确调整建筑的刚心与质心尽可能的接近,从而满足基本对称的要求。


框架-剪力墙结构是在框架结构基础上布置适当的剪力墙,它具有框架结构布置灵活,空间较大的优点,又具有剪力墙的较大侧向刚度等优点。框架-剪力墙结构中,剪力墙主要承受水平荷载,框架承担竖向荷载。由于剪力墙的抗侧移刚度远大于框架柱,故它的位置、数量、长度等对结构的抗扭转性能至关重要。因此,针对平面不对称的特殊结构形式,如何合理的布置剪力墙,值得深究与探索。
本文通过引入一个工程实例来深入了解高层框架剪力墙平面的不对称对结构的影响,本结构是双侧楼梯间建筑,导致平面结构布置不对称,整体结构质心与刚心的偏移,通过合理的布置剪力墙的数量和位置,使位移比、周期比等重要指标符合高层规范和抗震规范要求是设计的难点与重点。

1.2国内外研究现状
国内对水平地震力对建筑物的影响研究相对比较晚,1980年魏琏等对多高层结构扭转弹塑性地震响应进行系统的分析。1993年刘大海等研究不同平面多高层建筑扭转效应所带来得影响。2000年徐培福等分析高层建筑的偏心距和周期比在地震作用产生的扭转效应影响。提出平扭周期比是否小于0.8来作为控制扭转效应的指标,并被我国《高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)》简称高规采纳。2003年,王耀伟等通过对平面不对称结构非弹性地震反应规律的探索,得到偏心距与周期比在地震响应中的主导作用结论。2009年,韩军进行了基于精细纤维模型的弹塑性时程分析和扭转反应研究,得到了各项扭转控制指标之间的相互关系,指出位移比是控制弹性扭转反应最直接有效的指标。
我国高层建筑发展的特点:
①层数增多,高度加大。
因为21世纪开始以来随着建筑功能和城市崭新面貌迎接新世纪的需求,以及不富足的国内建筑用地,使得高楼大厦兴起,减少占地面积增大结构高度提高生活水平。
②9层以上建筑结构用途广和作用好的方向发展
90年代国内建造的高楼,大多数利用较为简单,比方说宾馆、写字楼、学校等;大约在七十年代后期,开始兴建上层住宅、下层商店的两用楼。当前,为达到用户的不同需要,适应当今社会高效率、快节奏发展需求的目的,综合性较强的高层建筑显得特别重要。它的上层主要是方便旅行的休息场所、居民生活场所,中层为政府机关单位、各种外资,而下部和周边建筑主要为超市、食堂、存款和休息等公共场所,停车场或地铁车站为主要的地下部分,垂直线上的构架可以解决各种用户需求。

第2章抗震分析方法及软件介绍

2.1抗震分析方法
根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010一)规定:高层建筑结构宜采用振型分解反应谱法,但对于质心和刚心不重合的不对称高层建筑结构应采用考虑扭转耦联振动影响的振型反应谱法;而对于B类高层建筑和复杂高层结构,宜采用时程分析法进行计算。
2.1.1底部剪力法
高度不超过40m、重量和刚度分布较均匀,且以剪切变形为主(房屋高宽比小于)的结构,振动时具有以下特点:
(1)位移反应以基本振型为主;
(2)基本振型接近直线;
2.1.2振型分解反应谱法
假设结构是具有n个自由度线弹性体系,通过使用振型间的正交性和振型分解原理,把求解该体系的地震反应转化为求解n个独立的等效单自由度弹性体系的最大地震反应,就可以对每一振型下结构的作用效应进行进一步的求解。常用于多质点的弹性体系且需是平面振动;对于考虑平扭藕连的多质点的弹性体系,采用CQC法。

2.2结构工程概况
该建筑位于河北邯郸,抗震设防烈度为7度,基本地震加速度值为0.15g,地震分组为第一组,场地类别为2类场地,设计特征周期0.35A。基本风压0.4kN/m2,地面粗糙度B类,框架的抗震等级为二级。建筑类别为办公楼,属于丙类建筑。层数23层,层高4.5m,建筑总高度103.5m。应建筑功能要求,办公楼跨度较大。因建筑功能约束控制墙与楼梯的布局,矩形、L形建筑平面图如下图所示:


由于建筑楼梯间布置的不对称,导致整体结构刚心和质心存在偏心。在结构偏心的影响下,结构在水平地震作用下层间位移比较大。第一阶自振周期主要以扭转为主。对框架剪力墙平面不对称结构的两种结构平面形式(L形、矩形)模型的建立,通过调整边缘剪力墙的数量、位置、长度等参数,得出减小偏心距、增大结构抗扭刚度的方案。在对地震作用进行计算时,高阶振型对不对称不规则的结构产生的影响较大。但如何合理确定结构所需的振型数在许多相关书籍中并没有明确的说明。

第3章平面布置不对称的结构剪力墙参数变化影响分析..........17
3.1结构工程概况.........17
3.2结构方案设计与分析.........18
第4章平面布置不对称结构L形和矩形弹性时程分析...........33
4.1结构动力时程分析应用...........33
第5章平面布置不对称结构L形和矩形弹塑性分析.........47
5.1弹塑性分析介绍.........47

第5章平面布置不对称结构L形和矩形弹塑性分析

5.1弹塑性分析介绍
动力弹塑性时程分析分为两种模型,即双线性和三线性。它所应用的就是混凝土单轴受力时应力与应变的关系。
弹塑性分析的目的是:
(1)计算薄弱层位移反应和变形能力,判断结构在大震作用下能否满足相关规范规定的层间位移角限值。

(2)对结构的薄弱层以及薄弱构件所在位置进行判断,从而通过采取一些措施对结构中比较重要的构件进行加强,来实现抗震设防中要求的大震不倒的设计目的。
塑性铰:适筋梁(或柱),主要是梁。在受拉纵筋达到屈服以后,适筋梁截面能够达到类似于铰一样的效果,即会有较大的转角,叫作塑性铰。塑性铰具有承受一定方向的弯矩的能力,这就是它与普通铰相较而言本质的区别。出现塑性铰之后,梁在的变形比较大的情况下还是能够承受一定力的作用,这是在抗震结构设计中,达到强柱弱梁目的的保证。在塑性铰逐渐出现的过程中,结构也在吸收大量地震的能量来减弱地震对其的危害,因此在抗震设计中塑性铰相当重要。为了有效地减少地震的灾害,从而避免出现倒塌比较快的后果,在结构设计中尽量恰到好处地设计塑性铰的位置是相当重要的,具有一定的实际意义。

结论与展望

结论
框架剪力墙结构是高层建筑中应用比较多的一种结构型式,它以布置较灵活,整体刚度较强的优势应用于多功能的高层建筑。因建筑功能和平面形状的需求,容易引起结构平面布置的不对称,导致结构整体受力不均,质心与刚心不重合,偏心较大,某些抗侧力构件传力不明确,产生的扭转效应比较严重,不利于结构的抗震。
为减少结构因其平面布置的特殊性在地震力作用下产生的扭转效应,增大结构的抗侧刚度,本文应用结构分析软件PKPM计算两种结构(L形、矩形),通过调整剪力墙位置、数量等,各自选择三种剪力墙布置方案,利用SATWE计算分析对比位移比、周期比、偏心率、层间位移角、自振振型等参数,选择相对比较合理的两种方案;因建筑高度大于100m,故需对结构进行弹性时程分析,选择四条不同的地震波,利用PMSAP对两种方案进行弹性时程分析,分析其最大层间位移、最大层间位移角等,选择弹性性能比较好的结构方案;利用PUSH&EPDA对弹性性能较好的方案进行弹塑性时程分析,分析模型层间加速度、层间位移角、薄弱层受力的情况、塑性铰出现的位置。
参考文献(略)

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