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(shí)具備了框架結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間大、延性好的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)，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(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能研究，利用有限元分析軟件SAP2000進(jìn)行分析，得到框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)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(jì)相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，采用有限元分析軟件SAP2000進(jìn)

2、行了模態(tài)分析、反應(yīng)譜分析和動(dòng)力時(shí)程分析，通過改變其剪力墻結(jié)構(gòu)的厚度與開洞率來對(duì)比其靜力分析和動(dòng)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(diǎn)介紹了動(dòng)力時(shí)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(yīng)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(dòng)力時(shí)程分析中，本文主要研究了參考點(diǎn)之間相對(duì)位移情況以及參考點(diǎn)本身三個(gè)方向的位移

3、對(duì)比;(5)引入能量持時(shí)概念，對(duì)地震波的一些性質(zhì)，包括選取方法、調(diào)幅方法、強(qiáng)震持時(shí)的定義以及反應(yīng)譜進(jìn)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(dòng)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(dòng)比Y方向要強(qiáng)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(dá)不到優(yōu)化的目的。
　　(2)結(jié)構(gòu)在前兩階振型中以平

4、動(dòng)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(shí)還會(huì)導(dǎo)致剪力墻體積過大，造成經(jīng)濟(jì)資源的浪費(fèi)，達(dá)不到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。
　　(4)從6個(gè)工況對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)高階振型動(dòng)力特性的分析，發(fā)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)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(yīng)所產(chǎn)生的側(cè)移為非線性關(guān)系，在比較經(jīng)濟(jì)的情況下（剪力墻體積較?。?，結(jié)構(gòu)剛度應(yīng)當(dāng)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(yīng)譜法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了地震反應(yīng)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(duì)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(shì)。
　　(3)采用控制變量法，控制剪力墻厚度不變，可得墻厚對(duì)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(shí)需要同時(shí)考慮剪力墻結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和地震反應(yīng)兩方面的影響。
　　(4)從分析結(jié)果中可以明顯看出，各個(gè)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(jì)過程我們需要適當(dāng)提高結(jié)構(gòu)中間偏下部位的剛度，實(shí)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(dá)到性能與經(jīng)濟(jì)平衡的結(jié)構(gòu)優(yōu)化目的。
　　3、對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了動(dòng)力時(shí)程分析，得到了參考點(diǎn)之間相對(duì)位移情況以及參考點(diǎn)本身三個(gè)方向的位移對(duì)比，得到以下結(jié)論:
　　(1)由各地震波作用下139節(jié)點(diǎn)與144節(jié)點(diǎn)三個(gè)方向的位移對(duì)比可知，對(duì)于布置

8、了剪力墻的X方向節(jié)點(diǎn)的相對(duì)位移非常小，明顯要小于剩余2個(gè)方向;
　　(2)對(duì)比各個(gè)工況在4條地震波下的節(jié)點(diǎn)位移值和相對(duì)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(duì)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(dāng)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