掉层建筑结构抗震性能对比范文

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1算例对比分析

本文设计三个框架分别为十层掉3层3跨、掉4层4跨的框架，及普通框架，对于掉层建筑结构用简化模型1、简化模型2分别建模，依次对应记作:33a、33b、44a、44b、00。其中层高均为3米，柱间距均为6米。X向5跨，Y向6跨，取5跨方向的中间一榀框架进行抗震性能对比分析。以下利用ETABS有限元分析软件采用振型分解反应谱法和静力弹塑性分析方法对不同的算例进行结构动力特性分析、层间位移分析、内力计算分析、薄弱层分析。

1．1结构动力特性分析通过对以上算例的分析得到不同算例的结构自振周期:由于设计算例X方向跨度小于Y方向跨度，即X向刚度略小于Y向刚度，故普通框架00第一主振型在X方向。而掉层建筑结构第一主振型在Y方向，主要由于掉层部分对X向刚度与Y向刚度均有影响，这种影响随所掉层数和跨数的不同而有变化，对本算例的影响是Y向大于X向;普通框架00为规则结构，没有扭转周期。而掉层建筑结构由于竖向不规则，因此具有较大的扭转周期;简化模型1和简化模型2所对应结构的自振周期较为接近。由于侧向支撑的影响，加大了结构的侧向刚度，故简化模型2自振周期略小于相同结构简化模型1自振周期。

1．2层间位移分析通过分析发现，对于本文算例侧向支撑主要限制X方向的侧向位移，两种简化模型在Y方向的楼层层间位移相差不大，因此主要比较X方向结构层间位移沿楼层变化的曲线，有以下特点:对于模型33a和44a所代表的简化模型1，掉层部分层间位移小于普通框架相应楼层，而坎以上楼层层间位移则大于普通框架相应楼层。模型33a和44a的最大层间位移在坎以上第一层，说明简化模型1此处由于结构在坎上下层刚度突变，造成层间位移突变;对于模型33b和44b所代表的简化模型2，坎以下部分由于假定X向侧向位移被约束，故层间位移为零。最大层间位移出现在坎以上第二层。其坎以上部分层间位移的变化趋势类似于普通框架;模型33a和44a所代表的简化模型1在坎以上部位的层间位移值均略大于模型33b和44b所代表的简化模型2在坎以上部位的层间位移值。

1．3内力计算分析通过对两种简化模型的梁柱内力图对比发现，内力变化主要体现在柱上，而接坡处理方式的不同对梁的内力影响较小，本文取X向一榀框架，主要给出柱子内力的计算分析对比结果。利用相对差值公式，即(简化模型1－简化模型2)/简化模型2，算出两种简化模型每一层相同柱底内力相对差值比较，结果如下:对于柱底弯矩，简化模型2坎以下部位剪力大部分由侧向连杆承担，层间剪力较小，故其弯矩值也都较小;简化模型2坎下底层弯矩值远小于简化模型1;简化模型1坎上接地部分柱子承担着大部分的内力，而简化模型2的接地部分的柱子虽然也承担着比不接地部分较多的内力，但在同一层内各柱受力相对要均匀，故在坎上接地部位的柱底弯矩为简化模型1大于简化模型2，而同一楼层内其它柱子弯矩则为简化模型1小于简化模型2。且随所掉层数和跨数的增加这种分布更为明显。对于坎上更高的楼层，则两种简化模型柱弯矩值相差不大;剪力变化具有与弯矩变化相似的结果;两种简化模型柱轴力的变化范围很小，可以近似认为等同。

1．4薄弱层分析本文采用常用的固定侧向荷载分布模式，即矩形分布进行推覆分析。所有模型均在结构分析软件etabs中建模并分析。进行push－over分析的目的旨在找出薄弱层所在位置，主要关注的是不同模型的出铰情况。对于模型00，其出铰情况大致为:第一层梁先出铰→顶层梁最后出铰→底层两根边柱柱底先出铰→最后底层所有柱底均出铰。即普通框架薄弱层在第一层;模型33a:坎以上第一层梁先出铰→除顶层外的大部分梁出铰→坎以上接地部位柱底出铰→所有梁端出铰→坎以上非接地部分第二层柱底出铰→铰破坏越来越严重，以坎以上接地部位柱底失效而告终。可知简化模型1的薄弱层位于坎以上第一层接地部分与坎以上第二层;模型33b与44b:坎以上第一层梁先出铰→大部分梁出铰→坎以上接地部位柱底出铰→最后坎以上第一层柱底全出铰。即简化模型2薄弱层位于坎以上第一层;由静力弹塑性分析结果可知，相对于普通建筑结构，掉层建筑结构的薄弱部位会由于掉层的存在而往上转移。

2结语

通过上述两种简化模型的对比分析，可得到如下结论:掉层建筑结构由于掉层的存在会对两个方向的刚度均产生影响，且由于其竖向不规则性会产生较大的扭转振型;相对于普通建筑结构，掉层建筑结构最大层间位移角出现的部位会发生改变。这种改变又随着接坡方式的不同而有所区别。一般情况而言，简化模型2最大层间位移角出现部位较简化模型1上移;由静力弹塑性分析结果，掉层建筑结构的薄弱层相对于普通建筑结构会往上转移，简化模型1薄弱层位于坎以上第一层与第二层，简化模型2薄弱层位移坎以上第一层;两种简化模型在坎以上接地部位的柱子内力均大于同层内的其它柱子，而简化模型1的最大内力又远大于简化模型2的最大内力值，即相同结构，简化模型1比简化模型2更容易破坏，其整体抗震性能要比简化模型2要差;从上面的分析中，建议从结构受力上尽量采用简化模型2这种接坡方式。当地形不允许只能选用简化模型1的接坡方式时，应对掉层部分进行加强措施，以保证结构的整体抗震性能。

作者：孔令凯 沙薇 单位：河南智博建筑设计有限公司 河南省城乡建筑设计院有限公司