郭恩平 陳稚文

(1.湖南科技學(xué)院，湖南 永州 425199;2.永州市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，湖南 永州 425000)

0 引言

框架結(jié)構(gòu)在歷次震害中表現(xiàn)為強梁弱柱的破壞機制，現(xiàn)有的改進(jìn)框架性能的意見都是從構(gòu)件的層次采取措施［1］。在水平地震作用下多層框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出來的是以梁柱彎曲變形為主的剪切型，即柱鉸機制。從結(jié)構(gòu)體系層次去分析原因在于整體結(jié)構(gòu)體系，可以考慮在框架結(jié)構(gòu)中設(shè)置一定數(shù)量的剪力墻從而改變其破壞現(xiàn)狀。本文在已有研究的基礎(chǔ)上，對其中剪力墻的布置方式及數(shù)量進(jìn)行了進(jìn)一步研究。

1 關(guān)于少剪力墻框架的規(guī)定

框—剪結(jié)構(gòu)側(cè)移為彎剪型曲線。因此可以考慮在多層框架結(jié)構(gòu)中布置適當(dāng)?shù)募袅?，改變其結(jié)構(gòu)體系。GB 50011-2010抗震規(guī)范［2］第6.1.3條提出此類結(jié)構(gòu)體系的規(guī)定，但只是為了使框架結(jié)構(gòu)滿足側(cè)移限制的要求，本文中在框架結(jié)構(gòu)中添加少量墻肢是為從整體變形角度改變框架結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)狀。

2 少量墻肢布置及合理數(shù)量研究

2.1 框架結(jié)構(gòu)算例

某市某百貨商場營業(yè)廳，其總結(jié)構(gòu)平面如圖1所示，結(jié)構(gòu)三維圖如圖2所示。按照GB 50011-2010抗震規(guī)范，用PKPM設(shè)計計算構(gòu)件配筋。通過Pushover分析，該框架結(jié)構(gòu)在大震作用下不能實現(xiàn)強柱弱梁。在框架結(jié)構(gòu)中添加少量剪力墻從而改變其破壞機制。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖（一）

圖2 結(jié)構(gòu)三維圖（一）

2.2 剪力墻布置方式的確定

剪力墻的布置方式根據(jù)抗震規(guī)范要求宜均勻、對稱。關(guān)于剪力墻的厚度遵照《抗震規(guī)范》第6.4.1條和第6.5.1條，以下各類模型中對墻肢厚度統(tǒng)一為250 mm。通過Pushover分析對比各方案塑性鉸的發(fā)展過程，本設(shè)計算例剪力墻布置采用圖3，圖4的方式。

2.3 剪力墻數(shù)量的確定

引入剪力墻結(jié)構(gòu)剛度特征值系數(shù)λ［3］來確定剪力墻的最小合理數(shù)量。通過多次分析列出典型方案如表1所示。

圖3 結(jié)構(gòu)平面布置圖（二）

圖4 結(jié)構(gòu)三維圖（二）

表1 少剪力墻框架結(jié)構(gòu)布置方案

3 Pushover分析結(jié)果與討論

3.1 各方案靜力非線性分析結(jié)果

本文采用SAP2000對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行Pushover分析，在結(jié)構(gòu)橫向施加水平地震作用，其中剪力墻分層殼單元模擬［4］，塑性鉸為自定義鉸屬性。選取Y向③軸分析結(jié)果。

方案1結(jié)果。

圖5 方案1 Pushover塑性鉸發(fā)展過程

由圖5可知通過能力譜與需求譜曲線結(jié)果分析該結(jié)構(gòu)不滿足大震不倒的要求。此方案墻肢截面偏小，以下不予討論。

方案2結(jié)果。

由圖6可知該方案滿足抗震三水準(zhǔn)要求，且相對方案1結(jié)構(gòu)在各級地震作用下進(jìn)入塑性的程度較輕。塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端，隨之墻肢底部進(jìn)入塑性，底層柱屈服進(jìn)入塑性，最終結(jié)構(gòu)破壞，且此時梁鉸均剛進(jìn)入屈服階段，底層柱鉸處于可立即使用階段，上部部分柱鉸處于屈服階段?？芍朔N剪力墻布置改變了框架結(jié)構(gòu)破壞機制。

圖6 方案2 Pushover塑性鉸發(fā)展過程

方案3結(jié)果。

圖7 方案3 Pushover塑性鉸發(fā)展過程

由圖7可知該方案滿足抗震三水準(zhǔn)要求。方案3與方案2結(jié)構(gòu)的塑性鉸的發(fā)展過程相似，由于墻肢截面的增大，結(jié)構(gòu)的剛度特征值系數(shù)也會增大，墻肢破壞時，框架梁進(jìn)入塑性階段的數(shù)量與方案2相比較少，且框架底層無柱鉸出現(xiàn)。此方案改變了框架破壞機制。

3.2 側(cè)移分析

由圖8可知方案2，3結(jié)構(gòu)的層位移依次減小。布置的少量剪力墻發(fā)揮作用使得結(jié)構(gòu)側(cè)移曲線向彎剪型發(fā)展。方案2各級最大層間位移角滿足規(guī)范的要求，小震下為1/1 048、中震下1/483、大震下1/227。方案3各級最大層間位移角同樣滿足規(guī)范要求，小震下為1/1 208、中震下1/554、大震下1/236，滿足規(guī)范層間位移角的要求。方案2，3布置了少量剪力墻，減小了結(jié)構(gòu)層間位移角，重要的是使得整體結(jié)構(gòu)的剛度和強度分布趨于均勻，側(cè)移曲線趨于均勻，避免薄弱層的出現(xiàn)，從而實現(xiàn)了“強柱弱梁”的延性破壞機制。

3.3 討論

方案1剪力墻剛度不足，結(jié)構(gòu)不能抵抗罕遇烈度下的地震作用;方案2少剪力墻框架結(jié)構(gòu)在大震作用下墻肢作為第一道抗震防線首先破壞，并且結(jié)構(gòu)最終破壞時實現(xiàn)了強柱弱梁的破壞機制，此時結(jié)構(gòu)的剛度特征值系數(shù)為9.4;方案3少剪力墻框架結(jié)構(gòu)與方案2的破壞過程相似，但是此時結(jié)構(gòu)的剛度特征值系數(shù)為6.5，已經(jīng)接近框架—剪力墻的結(jié)構(gòu)體系。本文的研究目的是框架結(jié)構(gòu)通過添加最小數(shù)量的剪力墻來實現(xiàn)強柱弱梁的破壞機制，針對本設(shè)計算例，少剪力墻框架結(jié)構(gòu)的剛度特征值系數(shù)為9.4時最為合理。

圖8 結(jié)構(gòu)層位移和層間位移角曲線

4 結(jié)論與存在的問題

4.1 結(jié)論

1)框架結(jié)構(gòu)中添加少量的剪力墻可以徹底地改變結(jié)構(gòu)的破壞機制。

2)本文通過框架設(shè)計算例確定的少剪力墻框架結(jié)構(gòu)的剛度特征值系數(shù)最小值為9.4。

4.2 存在的問題

1)規(guī)范沒少剪力墻結(jié)構(gòu)明確規(guī)定。

2)本文只是針對某一設(shè)計算例分析少量剪力墻的合理數(shù)量，具有局限性，需大量實驗研究。

3)對于少剪力墻具體計算和構(gòu)造沒有明確規(guī)定。

［1］張 忠，董 昆，彭 勃.從實際震害重新認(rèn)識“強柱弱梁”［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2007，40(7)：70-73.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.

［3］方鄂華，錢稼茹，葉列平.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］.第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

［4］耿小龍，耿 偉.談現(xiàn)代高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.山西建筑，2013，39(32)：23-24.

［5］門 俊，陸新征，宋二祥，等.分層殼模型在剪力墻結(jié)構(gòu)計算中的應(yīng)用［J］.防護工程，2006，28(3)：9-13.