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外框倾覆弯矩分担比例对框架-核心筒结构抗震性能的影响

来源: 作者: 发布日期:2017-02-21 访问次数:662

通过对算例进行弹塑性分析,说明外框倾覆弯矩分担比例对结构抗震性能的影响。

1、主要思路

本文的分析研究主要包括以下两个方面:

(1)在外框倾覆弯矩比例基本不变时,改变外框剪力分担比例,分析整体结构的抗震性能的差异,特别是考察核心筒的破坏情况。

(2)在外框剪力比例基本不变时,改变外框倾覆弯矩分担比例,分析整体结构的抗震性能的差异,特别是考察核心筒的破坏情况。

由于外框剪力及倾覆弯矩的比例大小和外框的相对刚度密切相关,并且很多时候难以将二者分开独立考虑,增大外框刚度的时候,两个量值往往同时增大,反之亦然。因此需要设计专门的模型,来实现将二者分开的目的。

2 、单榀算例

(1) 分析模型

构造一个单榀的框架和剪力墙协同受力模型

(2) 加载方式

采用顶部施加水平位移的方式进行加载,模拟推覆分析。

(3) 框架柱的倾覆力矩与剪力分担比例变化控制方法

由于框架柱的倾覆弯矩与剪力分担比例都受制于框架部分刚度与剪力墙刚度的相对比例,因此单单通过调整柱子的截面刚度会导致倾覆弯矩和剪力两个内力参数同时变化,而且是同向变化,难以考察单参数的影响规律。为了实现两个内力参数的单独变化,采取在框架柱约束端将不同方向的自由度用有一定刚度的弹簧进行约束。通过竖向弹簧和水平弹簧刚度的改变来实现控制外框柱倾覆弯矩分担比例和剪力分担比例两个内力参数的独立变化。

(4) 分析结果

如图2和图3所示,当维持外框剪力比例不变(10.6%),逐渐改变外框倾覆弯矩的分担比例,从46.8%逐渐降低到6%,结果显示承载力出现明显下降,同时延性显著降低;而当维持外框倾覆弯矩不变(46.8%),逐渐改变剪力分担系数,从10.6%逐渐降为0,则出现承载力的一定程度下降,延性基本保持不变。由此说明,外框倾覆弯矩的变化对整体结构的承载能力和延性影响更为明显。

3、50层框架-核心筒结构算例

(1) 分析模型

50层的框架-核心筒模型,1~20层:柱截面尺寸1500×1500, 墙体厚800mm,混凝土强度等级C60;21~40层:柱截面尺寸1200×1200,墙体厚600mm,混凝土强度等级C50;41~50层:柱截面尺寸1000×1000,墙体厚400mm,混凝土强度等级C40。框架梁截面尺寸600×900。楼板厚120mm,混凝土强度等级C30。

(2) 加载方式

进行动力弹塑性分析,输入双向地震波。为了更充分了解结构的破坏情况,将7度罕遇地震(220gal)放大1.2倍,即峰值为264gal。

(3) 框架柱的倾覆力矩与剪力分担比例变化控制方法

基本模型的分析结果显示核心筒在底部1-2层出现了严重损坏,受压刚度退化基本上沿所有墙肢贯通,同时外框柱也大部分在底部出现了塑性铰。在此模型的基础上,对底部三层外框柱截面进行不同程度的放大,可以达到提高外框剪力比例的目的。同时由于倾覆弯矩的比例来自于整个结构高度上外框的综合刚度,局部楼层的外框柱增大对倾覆弯矩比例影响不大。详细柱截面及底部三层分担的剪力和倾覆弯矩比例见表1。

另外,若要控制剪力分担比例基本不变,而单独改变局部楼层的倾覆弯矩则更为困难。由前述章节的讨论可以知道,加强层(伸臂)对改变局部楼层的倾覆弯矩效果显著,而基本不会改变加强层以外楼层的剪力分担比例,因此可以考虑在第四层设置一道伸臂,以此达到增加下部三层外框柱倾覆弯矩比例的目的。

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