淺析帶梁式轉換層框支剪力墻結構的抗震設計

1、<p>　　淺析帶梁式轉換層框支剪力墻結構的抗震設計</p><p>　　摘要: 我國是多地震國家，對結構抗震性能的研究具有重大意義。本文選取典型的帶梁式轉換層框支剪力墻高層結構，對其進行了在多遇地震和罕遇地震下的動力響應的系統(tǒng)研究。旨在掌握此類結構的抗震性能，為實際的抗震設計提出建議。 </p><p>　　關鍵詞：帶梁式轉換層框支剪力墻高層結構；地震；抗震性能 </p&

2、gt;<p>　　Abstract: our country is more earthquake country, on the structural seismic performance research is of great significance. This article selects the typical zone girder transfer floor frame a high-rise she

3、ar wall structure, the severe earthquake in Abraham under severe earthquake and the dynamic response of the system. This kind of structure to control the seismic performance, for practical seismic design proposal. </p

4、><p>　　Key words: take girder transfer floor frame shear wall structure of a top; The earthquake; Seismic performance </p><p>　　中圖分類號：[TU355]文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013） </p><p><b&

5、gt;　　前言 </b></p><p>　　帶梁式轉換層框支剪力墻結構已被廣泛應用于我國的高層建筑中。這些帶有轉換層的結構其特點是抗側力構件豎向不連續(xù)、傳力途徑發(fā)生突變、結構受力復雜。在多遇地震作用時，由于豎向剛度不均勻使得樓層水平地震剪力產生突變；在罕遇地震作用時，容易造成彈塑性變形集中，導致出現(xiàn)明顯薄弱層，不利于抗震。而我國是多地震國家，對結構抗震性能的研究具有重大意義。雖然國內外學者已在帶梁式

6、轉換層框支剪力墻高層結構的研究方面取得了不少成果，但對于它的動力特性和抗震性能的研究還不夠深入。 </p><p><b>　　一、帶梁式轉換層 </b></p><p>　?。ㄒ唬Я菏睫D換層 </p><p>　　梁式轉換層應用最廣泛的轉換梁可沿縱向和橫向平行布置；當需要縱、橫向同時轉換時，可采用雙向梁的布置。梁式轉換層一般在轉換層的樓面設

7、置鋼筋混凝土承重大梁，以支承其上部結構，為適應上部荷載的需要，梁的截面尺寸較大。例如，框筒或筒中筒結構，由于外框筒的柱一般較密，而底部一、二層的出入口處需要大空間，因此常把筒中柱在該處減少1至2根，局部形成上層有柱、下層無柱的結構。此時，可以在相應樓層設置轉換大梁，把上部柱傳來荷載通過該轉換大梁傳到結構下層。又例如，框支剪力墻結構，在下部框架和上部剪力墻的交界處一般應設置較大截面的托梁（框支梁），用于支撐上部剪力墻。 </p>

8、;<p>　　梁式轉換層傳力直接、明確、傳力途徑清楚，受力性能好，構造簡單，施工較方便，設計計算較易。 </p><p><b>　　框支剪力墻結構 </b></p><p>　?。ㄒ唬┛蛑Ъ袅Y構體系 </p><p>　　框支剪力墻結構體系指上部剪力墻支撐在底層或底部數(shù)層框架上，共同形成一個整體的結構型式，是目前臨街多高層建

9、筑中最常用的一種結構體系，它的上部、中部、下部可以采用不同的開間，能較好滿足人們對建筑的多重使用功能的要求。由于框支剪力墻的結構布置與結構的正常布置發(fā)生了矛盾，必須在結構形式及結構布置變化的樓層設轉換層以實現(xiàn)結構類型及軸線的轉換。 </p><p>　　由于框支剪力墻結構體系在框支層、轉換層及剪力墻層之間存在較大的剛度突變，不利于結構抗震。特別地，柔性底層大空間框支剪力墻是在建筑底層或底部幾層將大部分剪力墻改為鋼

10、筋混凝土框架，由于上下部剛度突變過大，在地震作用下，底部框架產生絕大部分變形，上部剪力墻幾乎處于彈性狀態(tài)，該結構體系在二十世紀七十年代前較為流行。 </p><p>　　因柔性底層大空間框支剪力墻結構的抗震性能差，為了在地震區(qū)采用框支剪力墻結構，人們提出了各種改善框支剪力墻結構性能的方法，以提高底層抗側移剛度及抗震性能，規(guī)范亦對在抗震設防區(qū)建造這種房屋作了嚴格的規(guī)定。 </p><p>　

11、?。ǘ└纳坪吞岣呖蛑Ъ袅拐鹦阅?</p><p>　　改善和提高框支剪力墻抗震性能的基本思路大體分為兩類： </p><p>　　（1）從選型上著手，通過調整各層間剛度，使各層剛度相差不大或盡量減小各層間的剛度差?？晒┻x擇的方案有：對每片抗側力結構的剛度進行調整；對過渡層剛度進行調整；在框支墻基礎上在底部四周增加抗側移的墻或柱，形成所謂的大底盤大空間結構；在剪力墻上設人為豎縫等。各種

12、方案都有其相應的適用范圍和條件：第一種處理方案為保證底層有較大的空間，剛度調整的幅度不變大，所以采用第一種處理方案時結構的抗震性能不會有明顯提高；第二種處理方法必須在滿足樓面有足夠整體性及剛度條件下，才能有效提高結構的抗震性能：第三種方案要求在結構的底部設置裙房，須較大的占地面積：第四種方案主要是針對低矮剪力墻在強震下常發(fā)生剪壓破壞，引起剪力墻延性差的情況提出的。 </p><p>　?。?）從配筋上著手；為保證

13、框支柱的延性和提高柱的抗側剛度，可在柱內埋置。 </p><p>　　帶梁式轉換層框支剪力墻結構的地震反應分析 </p><p>　　在地震作用下，框支剪力墻結構隨著轉換層設置高度的不同，表現(xiàn)出不同的地震反應：而轉換層上、下剛度比，也對結構的抗震性能有重要影響。此外，在罕遇地震作用下，框支剪力墻結構將進入彈塑性階段，結構的彈塑性地震反應與線性反應也有很大不同。 </p>&l

14、t;p>　?。ㄒ唬┑卣鸱磻治龇椒?</p><p>　　（1）振型分解反應譜法 </p><p>　　所謂振型分解反應譜法，就是利用振型的正交特性，把結構在地震作用下的復雜振動分解為各個振型獨立振動的迭加，然后利用單自由度體系的反應譜來分別計算結構在各自振型下的地震效應，然后進行地震效應組合，從而得到結構的整體地震效應。其主要基于以下基本假定：①結構的地震反應是線彈性的，可以采用疊

15、加原理進行振型組合；②結構的基礎是剛性的，所有支撐處的振動完全相同；③結構最不利地震反應為其最大地震反應；④地震動過程是平穩(wěn)隨機過程。 </p><p><b>　?。?）時程分析法 </b></p><p>　　時程分析法又稱動態(tài)分析法．它是將地震波按時段進行數(shù)值化后，輸入結構體系的振動微分方程，采用逐步積分法進行結構動力反應分析，計算出結構在整個強震時域中的振動狀

16、態(tài)全過程，給出各個時刻各桿件的內力和變形，以及各桿件出現(xiàn)塑性鉸的順序。它從強度和變形兩個方面來檢驗結構的安全和抗震可靠度，并判明結構屈服機制和類型。 </p><p>　　采用時程分析法進行結構地震反應分析時，其具體步驟大體如下：①按照建筑物場址的場地條件、設防烈度、近震或遠震等因素，選取若干條具有不同特性的典型強震加速度時程曲線，作為設計用的地震波輸入。②根據(jù)結構體系的力學特性、地展反應內容要求以及計算機儲量，

17、建立合理的結構振動模型。③根據(jù)結構材料特性、構件類型和受力狀態(tài)，選擇恰當?shù)慕Y構恢復力模型，并確定相應于結構（或桿件）開裂、屈服和極限位移等特征點的恢復力特性參數(shù)，以及恢復力特性曲線各折線段的剛度數(shù)值。④建立結構在地震作用下的振動微分方程，采用逐步積分法求解振動方程，得結構地震反應的全過程。⑤必要時也可利用小震下的結構彈性反應所計算出的構件和桿件最大地震內力，與其它荷載進行內力組合，進行截面設計。⑥采用容許變形限值來檢驗中震和大震下結構彈

18、塑性反應所計算出的結構層間側移角，判別是否符合要求。 </p><p>　?。ǘЯ菏睫D換層框支剪力墻結構抗震設計 </p><p>　?。?）帶梁式轉換層框支剪力墻結構平面布置要規(guī)則、對稱、建筑平面避免過大的凹槽、內收及樓板大面積開洞以及抗震規(guī)范要求不允許出現(xiàn)的不規(guī)則平面。因為在地震作產生的水平力要靠樓蓋均勻地傳遞到各個豎向構件剪力墻、如果樓板不連續(xù)、或者不規(guī)則各個豎向構件就會傳力不均

19、,使其平面質量中心與剛度中心不重合,使結構繞剛心發(fā)生扭轉,導致同層構件同一方向上產生不同位移,嚴重時導致結構整體破壞,所以在結構設計中,必須對結構平面布置不規(guī)則扭轉問題提起足夠重視。 </p><p>　?。?）除核心筒落地外落地剪力墻的布置宜對稱、在滿足建筑使用要求的前提下盡可能使結構平面外圍的上部剪力墻落地貫通同時剪力墻的布置盡量使結構剛度中心與結構質心重合增大結構的抗扭剛度減小扭轉產生的位移。 </p

20、><p>　?。?）控制轉換層上下樓層剛度比、及轉換層下部與上部的等效剛度。加強框支層剛度要求轉換層及上、下樓層剛度基本均勻使轉換層上、下結構整體抗側剛度接近當下部剛度不夠足時可以適當加大底部剪力墻的混凝土強度等級、厚度、增設剪力墻等。 </p><p>　　國家規(guī)定當?shù)撞恐挥?至2層框支層時要求計算的轉換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時不應小于0.4抗震設計時不應小于0.5，當?shù)撞靠蛑釉?/p>

21、三層及以上時要求計算的轉換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時不應小于0.5抗震設計時不應小于0.8。但是筆者認為設計人員不能以規(guī)范的最低要求控制轉換層下部與上部等效剛度比如果接近于1最好。 </p><p>　?。?）加強轉換層下部樓層避免在轉換層以下出現(xiàn)薄弱層增大落地剪力墻抗剪抗彎能力同時控制框支柱的軸壓比框支柱采用復合箍全高加密形式來增強框支柱的延性變形能力。轉換層以下結構混凝土強度等級不能太高否則混凝土構件

22、塑性能力差抗震性能受阻。在框支柱截面大小受限及當?shù)鼗炷翉姸鹊燃壥芟薜那疤嵯驴梢圆捎眯局蛘呒有弯摰霓k法來提高軸壓比及延性性能的要求。 </p><p>　　（5）轉換層上部宜少采用短肢剪力墻盡量布置普通剪力墻因為短肢剪力墻的抗震等級要比普通剪力墻抗震等級高、抗震措施要求比普通剪力墻要求更嚴格短肢剪力墻抗側能力也不及普通剪力墻不利于優(yōu)化設計。 </p><p>　?。?）盡量不要采取高位轉

23、換或者更高位轉換(轉換層層數(shù)超過規(guī)范要求的層數(shù)時)轉換層以下層數(shù)越多抗震性能越不好因為高位轉換時剛度和質量都較大的轉換層隨之升高相當于結構重心上移、剛心上移不利于抗震優(yōu)化設計。 </p><p>　?。?）各個構件的設計必須滿足結構設計規(guī)范的各項抗震措施及抗震構造措施要求才能發(fā)揮結構的抗震性能要求。 </p><p><b>　　結語 </b></p>

24、<p>　　本文對帶梁式轉換層框支剪力墻結構的地震反應分析進行了初步探討，并重點對地震反應方法進行了研究，為以后帶梁式轉換層框支剪力墻結構的地震反應的分析提供了貢獻性的參考。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]傅學怡.帶轉換層高層建筑結構設計建議[J].建筑結構學報，2009.(2). </p><

25、;p>　　[2]沈聚敏、周錫元等.抗震工程學[M].中國建筑工業(yè)出版社，2000. </p><p>　　[3]王森、魏璉.不同高位轉換層對高層建筑動力特性和地震作用影響的研究[J].建筑結構，2002. </p><p>　　[4]黃勤勇、呂西林.轉換層上、下剛度比對框支剪力墻結構抗震性能的影響[J].結構工程師，2003.(1). </p><p>　　[