楊 清 劉玉娟 張植瑋

(1山東科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院 山東 青島 266510 2山東省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 青島 266510)

帶板式轉(zhuǎn)換層的高層建筑的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

楊 清 劉玉娟 張植瑋

(1山東科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院 山東 青島 266510 2山東省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 青島 266510)

本試驗(yàn)采用的鋼筋混凝土建筑是帶有一個(gè)三級(jí)裙房和一個(gè)2.7米厚的轉(zhuǎn)換板的34層的典型建筑。鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換層將基本層上的荷載從墻轉(zhuǎn)換到三級(jí)裙房的框筒上。將高層建筑按照1：20的比例建模型進(jìn)行試驗(yàn)。

高層建筑；轉(zhuǎn)換板；地震影響；鋼筋混凝土板；振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)

地震等級(jí) 破壞現(xiàn)象及類型 狀態(tài)小震 無明顯振動(dòng)，有一些不明顯的小裂縫 正常使用狀態(tài)中震 有明顯的振動(dòng)，轉(zhuǎn)換層上的層有8處新的破壞 正常使用狀態(tài)大震 振動(dòng)明顯，轉(zhuǎn)換層上的層和頂層有32處新的破壞中度受損,沒有崩潰,需要修理特大震 轉(zhuǎn)換層以上的建筑物水平完整性遭到破壞 破壞

現(xiàn)在在人口稠密的城市高層建筑已經(jīng)很常見了。在高層建筑結(jié)構(gòu)中,由于使用功能的要求,結(jié)構(gòu)下部幾層需要大空間,而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)沿豎向抗側(cè)移剛度有較大變化。為了滿足設(shè)施需要，柱和剪力墻通常都是有規(guī)律的設(shè)置在轉(zhuǎn)換層上，如游泳池、購(gòu)物中心、停車場(chǎng)、公共交通等基礎(chǔ)設(shè)施。轉(zhuǎn)換板可以重新分配荷載，可將荷載從上面的剪力墻傳到下面的框筒和核心墻上。一般,轉(zhuǎn)化板可以很容易地改善建筑布局，提供無柱開放空間。因此,轉(zhuǎn)換板在高層建筑中的應(yīng)用在地震稀有的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，例如香港。轉(zhuǎn)換板的主要缺點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換層處橫向剛度突變，因此若在高層建筑中使用轉(zhuǎn)換板很容易造成震害。曾有人經(jīng)過數(shù)值研究得出結(jié)論：如果建筑物的首層機(jī)制發(fā)生了破壞，那么該建筑物就不可避免的必定發(fā)生破壞。

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是用來評(píng)估鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的最常用技術(shù)之一。試驗(yàn)時(shí)在模型結(jié)構(gòu)上布置了加速度傳感器、位移傳感器和應(yīng)變片以測(cè)定模型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)。本試驗(yàn)的目的是評(píng)估一個(gè)帶有轉(zhuǎn)換層的高層建筑的抗震性能，本文總結(jié)了振動(dòng)臺(tái)測(cè)試結(jié)果和按照1:20的比例所建的模型在受到不同等級(jí)的地震時(shí)的抗震穩(wěn)定性。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是在五個(gè)連續(xù)階段進(jìn)行的，每個(gè)階段之間的震級(jí)按比例逐漸增大。通常認(rèn)為中等地震去的四個(gè)地震等級(jí)分別為小震、中震、大震以及特大震。每個(gè)地震級(jí)都有一組其他三個(gè)地震級(jí)關(guān)于巖石層、中土層、軟土層的記錄。

上表中總結(jié)了從模型試驗(yàn)過程中觀察到的在各級(jí)地震作用下結(jié)構(gòu)的破壞過程。在小震作用下，建筑物沒有明顯的顫抖,沒有觀察到的結(jié)構(gòu)的破壞?；谀Ｐ偷捻憫?yīng),預(yù)測(cè)原型建筑在小震后仍處在正常使用狀態(tài)，沒有任何結(jié)構(gòu)性修復(fù)的必要。在中等地震的影響下,模型有少量的振動(dòng)反應(yīng)，縫被發(fā)生在第四和第八層之間的墻。預(yù)測(cè)原型建筑仍可正常使用，雖然沒有必要加加固原型建筑,但結(jié)構(gòu)的一些部分必須要修理。遭受到大震時(shí)，模型有顯著的振動(dòng)，在中層和頂層以及轉(zhuǎn)換層上的層都可看到大量的裂縫，中間層的中央核心開口處出現(xiàn)斜裂縫。盡管混凝土沒有剝落,但模型已嚴(yán)重受損,出現(xiàn)了相當(dāng)大的非彈性行為。預(yù)測(cè)原型建筑大地震后不會(huì)崩潰,但是會(huì)失去大部分的橫向承載力，將需要大范圍的改造工作。當(dāng)軟土層收到特大震時(shí)，模型的結(jié)構(gòu)完整性被破壞，模型的上部折斷，離開了轉(zhuǎn)換層上的裙房。破壞的主要原因是由于轉(zhuǎn)換層上的南部的剪力墻附近拉伸斷裂南，許多構(gòu)件被嚴(yán)重破壞，水平裂縫已經(jīng)把剪力墻從四樓和十樓切成了兩半，見下圖。大量的混凝土已經(jīng)剝落，屈曲加強(qiáng)，還觀察到內(nèi)墻壁混凝土也已經(jīng)剝落發(fā)生了剪切破壞，所有層的地面表層都出現(xiàn)了水平裂縫?？偟膩碚f就是該模型已嚴(yán)重受損,無法修復(fù),馬上就要坍塌。

破壞模式圖

結(jié)論

模型代表了一個(gè)帶有2.7米厚轉(zhuǎn)換層的高層建筑，該模型是按照1:20的比例構(gòu)建的。將模型放在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試，觀察來自中級(jí)地震區(qū)域的建筑模型受到小震、中震、大震、特大震影響下的地震反應(yīng)。下面的結(jié)論是基于用于研究中的有限數(shù)量的地震記錄和有限的小規(guī)模建模的基礎(chǔ)上得出的：

1. 基于振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)得出的結(jié)果，可以預(yù)測(cè)高層建筑遭受大地震時(shí)不會(huì)崩潰，要想將損失降到最低，需要減少轉(zhuǎn)換層處的任何可能出現(xiàn)的剛度變化。

2. 盡管轉(zhuǎn)換層處的水平剛度有顯著減少，大約有 76%的降低，大部分的破壞發(fā)生在轉(zhuǎn)換層以上的層，但是對(duì)于高層建筑來說，使用橫向剛度的比值來檢測(cè)軟弱層可能不太試用。

3. 盡管基于環(huán)境振動(dòng)的基礎(chǔ)上測(cè)量的模型的基本頻率可以提供用于判斷建筑物破壞程度的一般指南，但是更好的參照是基于加速度譜的譜頻率法。在一個(gè)結(jié)構(gòu)體系中,如果發(fā)生嚴(yán)重破壞,光譜的頻率將會(huì)減少40%,如果發(fā)生崩潰，光譜的頻率將會(huì)減少60%。這個(gè)規(guī)律只適用于高層建筑,類似于本試驗(yàn)采用的原型建筑。

4. 變形測(cè)量在損失評(píng)估中能夠提供良好的指南，特別是,層間位移與結(jié)構(gòu)損傷的程度有關(guān)。對(duì)于一個(gè)含有剪力墻的結(jié)構(gòu)體系來說，如果層間位移接近 1/1000，在1/300-1 / 700之間，在1/80-1 / 200之間，將會(huì)分別出現(xiàn)輕微受損,中度受損，嚴(yán)重受損。

[1]林皋等結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型試驗(yàn)的相似技巧大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)2000。

[2]崔風(fēng)等帶填充墻的新型梁柱一板柱組合結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究東南大學(xué)學(xué)報(bào)2002。

[3]張晉呂志濤短肢剪力墻一筒體結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究東南大學(xué)學(xué)報(bào)2001。

[4]鄭山鎖，動(dòng)力試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谌我馀渲貤l件下與原型結(jié)構(gòu)的相似關(guān)系[J].工業(yè)建筑，2000年第3期.

[5]葛映宇.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)二維振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果分析研究.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2000

[6]蔡樂剛.上海浦東香格里拉酒店擴(kuò)建工程振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)誤差分析與研究.上海:同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005

楊清（1991-），女，山東煙臺(tái)人，碩士研究生，主要從事鋼結(jié)構(gòu)方面的研究。

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1007-6344（2016）03-0258-01

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