高層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)化分析.pdf

1、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)同時具備了框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間大、延性好的優(yōu)點，以及剪力墻結(jié)構(gòu)豎向承載力和抗側(cè)剛度大的優(yōu)點，新建的建筑尤其是住宅樓有很大一部分都采用了此種結(jié)構(gòu)。本文主要從剪力墻的厚度和開洞率這兩個方面對結(jié)構(gòu)進行抗震性能研究，利用有限元分析軟件SAP2000進行分析，得到框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的動力響應分析結(jié)果，并總結(jié)結(jié)論為相關(guān)工程提供一定的參考。
　　本文在廣泛參考國內(nèi)外框架-剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)文獻基礎(chǔ)上，采用有限元分析軟件SAP2000進

2、行了模態(tài)分析、反應譜分析和動力時程分析，通過改變其剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度與開洞率來對比其靜力分析和動力分析下的抗震性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)介紹了建筑結(jié)構(gòu)性能的主要分析方法，重點介紹了動力時程分析法的基本原理和分析過程;(2)在模態(tài)分析中，本文主要考察了結(jié)構(gòu)的固有頻率、周期、振型參與系數(shù)等;(3)在反應譜分析中，主要探究了結(jié)構(gòu)各向在地震作用下的位移值;(4)在動力時程分析中，本文主要研究了參考點之間相對位移情況以及參考點本身三個方向的位移

3、對比;(5)引入能量持時概念，對地震波的一些性質(zhì)，包括選取方法、調(diào)幅方法、強震持時的定義以及反應譜進行了介紹。
　　主要結(jié)論有:
　　1、模態(tài)分析得到了結(jié)構(gòu)的自振周期頻率、振型等動力特性，得到以下結(jié)論:
　　(1)從各階振型圖可以得出，結(jié)構(gòu)在X方向的轉(zhuǎn)動比Y方向要強烈的多，剛度k越大，周期T就越小，在特征周期Tg不改變的情況下，地震影響也就隨之增大，于抗震不利，達不到優(yōu)化的目的。
　　(2)結(jié)構(gòu)在前兩階振型中以平

4、動為主，而在后兩階振型中以扭轉(zhuǎn)為主。
　　(3)在工況3和工況6(剪力墻厚都為300 mm)下，在第四階振型X向下發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，原因是較厚的剪力墻造成X向和Y向剛度的不均，從而發(fā)生了扭轉(zhuǎn)。由此可見一味增加剪力墻厚度是不可取的，在影響整體剛度均衡的同時還會導致剪力墻體積過大，造成經(jīng)濟資源的浪費，達不到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。
　　(4)從6個工況對比中，可以發(fā)現(xiàn)隨著剪力墻開洞率的增大，壁厚的減小，自振周期增大，從而地震影響系數(shù)減小，結(jié)構(gòu)

5、的抗震性能得到一定程度的提高。
　　(5)通過對結(jié)構(gòu)高階振型動力特性的分析，發(fā)現(xiàn)對于整個結(jié)構(gòu)，得到結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度與該結(jié)構(gòu)地震反應所產(chǎn)生的側(cè)移為非線性關(guān)系，在比較經(jīng)濟的情況下（剪力墻體積較?。?，結(jié)構(gòu)剛度應當滿足并接近結(jié)構(gòu)最大允許變形。
　　2、采用了振型分解反應譜法對結(jié)構(gòu)進行了地震反應分析，得到以下結(jié)論:
　　(1)在地震力作用下結(jié)構(gòu)在Y方向上層間位移要明顯大于X方向，Y方向平均比X方向的層間位移要大39.4％，原因是結(jié)

6、構(gòu)X方向剛度要大于Y方向。
　　(2)結(jié)構(gòu)頂層最大側(cè)移為39.2361 mm。對比各工況可以發(fā)現(xiàn)，隨著剪力墻厚度增大，開洞率減小，結(jié)構(gòu)層間位移角呈現(xiàn)出下降的趨勢。
　　(3)采用控制變量法，控制剪力墻厚度不變，可得墻厚對地震力的影響較開洞率要大。所以在剪力墻開洞率和墻厚的選擇時需要同時考慮剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和地震反應兩方面的影響。
　　(4)從分析結(jié)果中可以明顯看出，各個工況下結(jié)構(gòu)的最大層間位移角都出現(xiàn)在中間偏下部位，

7、在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程我們需要適當提高結(jié)構(gòu)中間偏下部位的剛度，實際工程中可以考慮中間偏下部位的剪力墻小開洞甚至是不開洞，其它部位可以正常開洞，這樣可以在略微增加剪力墻體積的前提下很好地提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)性能，達到性能與經(jīng)濟平衡的結(jié)構(gòu)優(yōu)化目的。
　　3、對結(jié)構(gòu)模型進行了動力時程分析，得到了參考點之間相對位移情況以及參考點本身三個方向的位移對比，得到以下結(jié)論:
　　(1)由各地震波作用下139節(jié)點與144節(jié)點三個方向的位移對比可知，對于布置

8、了剪力墻的X方向節(jié)點的相對位移非常小，明顯要小于剩余2個方向;
　　(2)對比各個工況在4條地震波下的節(jié)點位移值和相對位移值顯示，在承載力允許的情況下，較大的剪力墻開洞率對于側(cè)向抗震來說是有利的，而剪力墻的厚度并不是一味地增大或減小就能起到較好的減震效果。
　　(3)通過分析罕遇地震下塑性鉸發(fā)展過程可以發(fā)現(xiàn)，剪力墻塑性鉸先于框架屈服。在抗震過程中剪力墻充當了第一道防線，框架則為第二道防線，符合結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則。
　　4、在