樓板大開(kāi)洞框架結(jié)構(gòu)抗震性能淺析

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摘要:在建筑結(jié)構(gòu)中，樓板開(kāi)洞會(huì)改變結(jié)構(gòu)的傳力路徑和剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生影響，尤其對(duì)于框架結(jié)構(gòu)更加明顯。通過(guò)有限元設(shè)計(jì)分析軟件，結(jié)合具體的工程實(shí)例分析了某框架結(jié)構(gòu)樓板開(kāi)洞位置和層高的變化，對(duì)于結(jié)構(gòu)周期、周期比、位移角的影響具有一定的工程意義。

關(guān)鍵詞:框架結(jié)構(gòu);樓板開(kāi)洞;位移角

1概述

隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展、居住條件的改善，人們對(duì)于建筑造型的要求也越來(lái)越高。在滿足日常生活、工作的前提下對(duì)建筑的空間要求也日益提高，因此造成一些公共建筑如酒店、體育館、博物館等造型越來(lái)越獨(dú)特。為了滿足建筑功能的要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的規(guī)則性造成一定的破壞。這種破壞在地震發(fā)生時(shí)造成的損失尤其嚴(yán)重。其中樓板開(kāi)洞是造成結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則的原因之一［1］，所以研究樓板開(kāi)洞對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的影響具有十分重要的意義。在這方面國(guó)內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了大量的研究，本文在前人研究的基礎(chǔ)上結(jié)合具體的工程實(shí)例，研究分析了樓板開(kāi)洞位置以及層高的變化對(duì)框架結(jié)構(gòu)的抗震性能的影響［2］。

2工程概況

甘肅省天水市某酒店裙房項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)高度22．55m，地上4層，地下1層。X向5跨38．10m，Y向6跨38．65m。抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)地震分組二組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，特征周期0．4s，基本地震加速度0．3g。結(jié)構(gòu)開(kāi)洞樓層為第二、四層，結(jié)構(gòu)平面布置如圖1，圖2所示。為研究樓板開(kāi)洞的影響，本文共建立了12個(gè)分析模型，兩層樓板均開(kāi)洞模型A，樓板不開(kāi)洞模型B，僅2層樓板開(kāi)洞模型C和僅4層樓板開(kāi)洞模型D，分析其在自身開(kāi)洞變化以及1層高度分別為5m，5．5m和6m時(shí)的抗震性能［3］。

3結(jié)果分析

3．1周期

由T=2πw=2πmk可知，當(dāng)樓板開(kāi)洞以后會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量產(chǎn)生影響，從而影響結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期。經(jīng)計(jì)算分析各模型的周期詳見(jiàn)表1，表1中各模型的前三個(gè)周期分別為平動(dòng)、平動(dòng)、扭轉(zhuǎn)。從表中可以看出，當(dāng)樓板開(kāi)洞位置、層數(shù)和大小的變化對(duì)于結(jié)構(gòu)周期的影響并不明顯，變化幅度在2．1%以內(nèi)。1層高度的變化對(duì)周期的影響比樓板開(kāi)洞位置、層數(shù)和大小的變化對(duì)周期的影響大，變化幅度在7%。隨著1層高度的增加，兩個(gè)平動(dòng)周期和扭轉(zhuǎn)周期均逐漸變大，其中對(duì)于平動(dòng)周期的影響要大于扭轉(zhuǎn)周期。平動(dòng)周期和扭轉(zhuǎn)周期均在2層樓板開(kāi)洞時(shí)達(dá)到最大，但和樓板不開(kāi)洞時(shí)相差最小。從圖3可以看出第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值并沒(méi)有隨樓板開(kāi)洞層數(shù)、位置、大小以及1層層高的增加而發(fā)生明顯的變化，說(shuō)明這些因素對(duì)于周期比的影響較小。

3．2位移角

從圖4～圖7中可以看出，各模型在地震作用下的最大位移角隨著開(kāi)洞樓層位置、大小、層數(shù)和1層層高的增加而發(fā)生變化［4］，在X向，Y向地震作用下最大位移角均隨著1層層高的增加而減小;X，Y單向地震和雙向地震作用下的位移角的變化趨勢(shì)相同，且雙向地震時(shí)的各模型的最大位移角的大小與相應(yīng)的單向地震時(shí)的位移角大小幾乎相同。對(duì)于X向單、雙向地震作用下的最大位移角，在層高為5m和5．5m時(shí)的變化趨勢(shì)相同，均在樓板2層開(kāi)洞時(shí)最小，在4層樓板開(kāi)洞時(shí)最大。由于地震作用時(shí)，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量越大地震影響就越大結(jié)構(gòu)的最大位移角就越大，所以當(dāng)2層、4層均開(kāi)洞時(shí)比不開(kāi)洞時(shí)X向地震作用下最大位移角小［5］。Y向單、雙向地震作用下的最大位移角呈現(xiàn)出U型變化趨勢(shì)一致，且隨1層層高的增加而均勻變化。當(dāng)4層樓板開(kāi)洞時(shí)位移角最大，2層樓板開(kāi)洞時(shí)位移角最小。由以上可以說(shuō)明樓板開(kāi)洞不會(huì)影響X，Y單、雙向地震作用時(shí)最大位移角的變化趨勢(shì)。隨著1層層高的增加單、雙向地震作用下的最大位移角會(huì)逐漸減小。樓層不開(kāi)洞時(shí)的最大位移角并不是最小的。從圖8～圖13中可知，當(dāng)樓板不開(kāi)洞與僅2層樓板開(kāi)洞時(shí)X向地震作用下的最大位移角隨1層層高的變化趨勢(shì)相同，呈先上升后下降趨勢(shì)，且樓板不開(kāi)洞時(shí)的位移角比僅2層樓板開(kāi)洞時(shí)相應(yīng)的各樓層位移角大;2層和4層樓板均開(kāi)洞時(shí)與僅4層樓板開(kāi)洞的位移角變化趨勢(shì)相同，呈現(xiàn)出逐步上升的趨勢(shì)，且僅4層樓板開(kāi)洞的位移角大于兩層都開(kāi)洞的位移角。對(duì)于各樓層Y向地震作用下的最大位移角隨樓層的變化均呈逐漸上升的趨勢(shì)。其中樓板不開(kāi)洞和僅2層樓板開(kāi)洞的變化相同，樓板開(kāi)雙洞和僅4層樓板開(kāi)洞的變化相同。Y向地震作用下的最大位移角的變化幅度大于相應(yīng)的X向地震作用下的最大位移角的變化幅度。隨著1層層高的增加，X向，Y向地震作用時(shí)最大位移角的變化幅度逐漸減緩，但變化趨勢(shì)依然相同［6－7］。從圖14，圖15中可以看出1層的最大位移角均隨自身層高的增加而逐漸增大。1層層高的增加對(duì)中間兩層最大位移角的變化影響較小，對(duì)于頂層的影響要大于中間兩層。究其原因是因?yàn)轫攲咏Y(jié)構(gòu)體形收進(jìn)，鞭梢效應(yīng)引起的。X向地震作用下各層最大位移角的變化幅度要小于相應(yīng)的Y向地震作用下各層最大位移角的變化幅度。層4結(jié)語(yǔ)樓板開(kāi)洞的位置、大小以及樓層的變化對(duì)于框架結(jié)構(gòu)周期以及周期比的影響并不明顯，因?yàn)殡S著樓層開(kāi)洞，樓層的質(zhì)量和剛度都會(huì)發(fā)生變化。樓板開(kāi)洞位置、大小、樓層的變化對(duì)X向，Y向地震作用下最大位移角的變化影響不同。最大位移角的變化趨勢(shì)與單、雙向地震作用無(wú)關(guān)。地震作用下各樓層的位移角變化趨勢(shì)隨開(kāi)洞位置、大小和樓層的變化具有一定的規(guī)律性。首層層高的變化會(huì)影響地震作用下最大位移角的變化幅度。首層層高的變化對(duì)X向，Y向地震作用下的影響不同。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要對(duì)開(kāi)洞位置的梁、板進(jìn)行加強(qiáng)以減小地震作用對(duì)最大位移角的影響。

作者:王玉剛 陳鴿 趙林 單位:四川華西建筑設(shè)計(jì)院有限公司 西安分公司新時(shí)代(西安)設(shè)計(jì)研究院有限公司