淺析帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

1、<p>　　淺析帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計</p><p>　　摘要: 我國是多地震國家，對結(jié)構(gòu)抗震性能的研究具有重大意義。本文選取典型的帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻高層結(jié)構(gòu)，對其進行了在多遇地震和罕遇地震下的動力響應(yīng)的系統(tǒng)研究。旨在掌握此類結(jié)構(gòu)的抗震性能，為實際的抗震設(shè)計提出建議。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻高層結(jié)構(gòu)；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(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2013） </p><p><b&

5、gt;　　前言 </b></p><p>　　帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于我國的高層建筑中。這些帶有轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)其特點是抗側(cè)力構(gòu)件豎向不連續(xù)、傳力途徑發(fā)生突變、結(jié)構(gòu)受力復(fù)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(chǎn)生突變；在罕遇地震作用時，容易造成彈塑性變形集中，導(dǎo)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(jié)構(gòu)抗震性能的研究具有重大意義。雖然國內(nèi)外學(xué)者已在帶梁式

6、轉(zhuǎn)換層框支剪力墻高層結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換層 </b></p><p>　?。ㄒ唬Я菏睫D(zhuǎn)換層 </p><p>　　梁式轉(zhuǎn)換層應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)換梁可沿縱向和橫向平行布置；當(dāng)需要縱、橫向同時轉(zhuǎn)換時，可采用雙向梁的布置。梁式轉(zhuǎn)換層一般在轉(zhuǎn)換層的樓面設(shè)

7、置鋼筋混凝土承重大梁，以支承其上部結(jié)構(gòu)，為適應(yīng)上部荷載的需要，梁的截面尺寸較大。例如，框筒或筒中筒結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)。此時，可以在相應(yīng)樓層設(shè)置轉(zhuǎn)換大梁，把上部柱傳來荷載通過該轉(zhuǎn)換大梁傳到結(jié)構(gòu)下層。又例如，框支剪力墻結(jié)構(gòu)，在下部框架和上部剪力墻的交界處一般應(yīng)設(shè)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(zhuǎn)換層傳力直接、明確、傳力途徑清楚，受力性能好，構(gòu)造簡單，施工較方便，設(shè)計計算較易。 </p><p><b>　　框支剪力墻結(jié)構(gòu) </b></p><p>　?。ㄒ唬┛蛑Ъ袅Y(jié)構(gòu)體系 </p><p>　　框支剪力墻結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)型式，是目前臨街多高層建

9、筑中最常用的一種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)布置與結(jié)構(gòu)的正常布置發(fā)生了矛盾，必須在結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)布置變化的樓層設(shè)轉(zhuǎn)換層以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)類型及軸線的轉(zhuǎn)換。 </p><p>　　由于框支剪力墻結(jié)構(gòu)體系在框支層、轉(zhuǎn)換層及剪力墻層之間存在較大的剛度突變，不利于結(jié)構(gòu)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(chǎn)生絕大部分變形，上部剪力墻幾乎處于彈性狀態(tài)，該結(jié)構(gòu)體系在二十世紀(jì)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(jié)構(gòu)的抗震性能差，為了在地震區(qū)采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)，人們提出了各種改善框支剪力墻結(jié)構(gòu)性能的方法，以提高底層抗側(cè)移剛度及抗震性能，規(guī)范亦對在抗震設(shè)防區(qū)建造這種房屋作了嚴(yán)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>　?。?）從選型上著手，通過調(diào)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。可供選擇的方案有：對每片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的剛度進行調(diào)整；對過渡層剛度進行調(diào)整；在框支墻基礎(chǔ)上在底部四周增加抗側(cè)移的墻或柱，形成所謂的大底盤大空間結(jié)構(gòu)；在剪力墻上設(shè)人為豎縫等。各種

12、方案都有其相應(yīng)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(diào)整的幅度不變大，所以采用第一種處理方案時結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的抗震性能：第三種方案要求在結(jié)構(gòu)的底部設(shè)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>　　（2）從配筋上著手；為保證

13、框支柱的延性和提高柱的抗側(cè)剛度，可在柱內(nèi)埋置。 </p><p>　　帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析 </p><p>　　在地震作用下，框支剪力墻結(jié)構(gòu)隨著轉(zhuǎn)換層設(shè)置高度的不同，表現(xiàn)出不同的地震反應(yīng)：而轉(zhuǎn)換層上、下剛度比，也對結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)將進入彈塑性階段，結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應(yīng)與線性反應(yīng)也有很大不同。 </p>&l

14、t;p>　　（一）地震反應(yīng)分析方法 </p><p>　?。?）振型分解反應(yīng)譜法 </p><p>　　所謂振型分解反應(yīng)譜法，就是利用振型的正交特性，把結(jié)構(gòu)在地震作用下的復(fù)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(yīng)譜來分別計算結(jié)構(gòu)在各自振型下的地震效應(yīng)，然后進行地震效應(yīng)組合，從而得到結(jié)構(gòu)的整體地震效應(yīng)。其主要基于以下基本假定：①結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)是線彈性的，可以采用疊

15、加原理進行振型組合；②結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)是剛性的，所有支撐處的振動完全相同；③結(jié)構(gòu)最不利地震反應(yīng)為其最大地震反應(yīng)；④地震動過程是平穩(wěn)隨機過程。 </p><p><b>　　（2）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(jié)構(gòu)體系的振動微分方程，采用逐步積分法進行結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析，計算出結(jié)構(gòu)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(nèi)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(jié)構(gòu)的安全和抗震可靠度，并判明結(jié)構(gòu)屈服機制和類型。 </p><p>　　采用時程分析法進行結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)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(shè)防烈度、近震或遠(yuǎn)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(shè)計用的地震波輸入。②根據(jù)結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)特性、地展反應(yīng)內(nèi)容要求以及計算機儲量，

17、建立合理的結(jié)構(gòu)振動模型。③根據(jù)結(jié)構(gòu)材料特性、構(gòu)件類型和受力狀態(tài)，選擇恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)恢復(fù)力模型，并確定相應(yīng)于結(jié)構(gòu)（或桿件）開裂、屈服和極限位移等特征點的恢復(fù)力特性參數(shù)，以及恢復(fù)力特性曲線各折線段的剛度數(shù)值。④建立結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的全過程。⑤必要時也可利用小震下的結(jié)構(gòu)彈性反應(yīng)所計算出的構(gòu)件和桿件最大地震內(nèi)力，與其它荷載進行內(nèi)力組合，進行截面設(shè)計。⑥采用容許變形限值來檢驗中震和大震下結(jié)構(gòu)彈

18、塑性反應(yīng)所計算出的結(jié)構(gòu)層間側(cè)移角，判別是否符合要求。 </p><p>　?。ǘЯ菏睫D(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計 </p><p>　　（1）帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)平面布置要規(guī)則、對稱、建筑平面避免過大的凹槽、內(nèi)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(chǎn)生的水平力要靠樓蓋均勻地傳遞到各個豎向構(gòu)件剪力墻、如果樓板不連續(xù)、或者不規(guī)則各個豎向構(gòu)件就會傳力不均

19、,使其平面質(zhì)量中心與剛度中心不重合,使結(jié)構(gòu)繞剛心發(fā)生扭轉(zhuǎn),導(dǎo)致同層構(gòu)件同一方向上產(chǎn)生不同位移,嚴(yán)重時導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體破壞,所以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,必須對結(jié)構(gòu)平面布置不規(guī)則扭轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)剛度中心與結(jié)構(gòu)質(zhì)心重合增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度減小扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的位移。 </p

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

21、三層及以上時要求計算的轉(zhuǎn)換層下部與上部等效剪切剛度比非抗震時不應(yīng)小于0.5抗震設(shè)計時不應(yīng)小于0.8。但是筆者認(rèn)為設(shè)計人員不能以規(guī)范的最低要求控制轉(zhuǎn)換層下部與上部等效剛度比如果接近于1最好。 </p><p>　　（4）加強轉(zhuǎn)換層下部樓層避免在轉(zhuǎn)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(fù)合箍全高加密形式來增強框支柱的延性變形能力。轉(zhuǎn)換層以下結(jié)構(gòu)混凝土強度等級不能太高否則混凝土構(gòu)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(dāng)?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>　?。?）轉(zhuǎn)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(yán)格短肢剪力墻抗側(cè)能力也不及普通剪力墻不利于優(yōu)化設(shè)計。 </p><p>　　（6）盡量不要采取高位轉(zhuǎn)

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

24、<p>　　本文對帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析進行了初步探討，并重點對地震反應(yīng)方法進行了研究，為以后帶梁式轉(zhuǎn)換層框支剪力墻結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)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(xué)怡.帶轉(zhuǎn)換層高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計建議[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2009.(2). </p><

25、;p>　　[2]沈聚敏、周錫元等.抗震工程學(xué)[M].中國建筑工業(yè)出版社，2000. </p><p>　　[3]王森、魏璉.不同高位轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，2002. </p><p>　　[4]黃勤勇、呂西林.轉(zhuǎn)換層上、下剛度比對框支剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[J].結(jié)構(gòu)工程師，2003.(1). </p><p>　　[