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        場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響分析

        2016-12-31 00:00:00仇棟熠
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年14期

        摘 要:振型分解反應(yīng)譜法是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要分析方法。文章采用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)提供的振型分解反應(yīng)譜法,通過三個(gè)不同場地條件、不同高度的典型剪力墻結(jié)構(gòu)工程案例,分析不同設(shè)計(jì)地震分組、不同場地類別下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的差異,研究場地特征對地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律。

        關(guān)鍵詞:振型分解反應(yīng)譜法;場地特征;剪力墻結(jié)構(gòu);地震響應(yīng)

        1 概述

        振型分解反應(yīng)譜法是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要分析方法。[1]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)(以下簡稱《抗規(guī)》)以地震影響系數(shù)曲線的形式給出了地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜。[2]相同地震烈度、相同場地條件時(shí),影響地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的因素有很多,如震源機(jī)制、震級大小、震中距遠(yuǎn)近等?!犊挂?guī)》考慮地震作用時(shí),以地震烈度為基礎(chǔ),通過場地特征周期Tg反映設(shè)計(jì)地震分組、場地類別對地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響。[3]其中,設(shè)計(jì)地震分組區(qū)分震源遠(yuǎn)近,場地類別體現(xiàn)場地土軟硬程度和覆蓋層厚度的影響。

        文章采用振型分解反應(yīng)譜法,通過三個(gè)不同場地條件、不同高度的典型剪力墻結(jié)構(gòu)工程案例,研究設(shè)計(jì)地震分組、場地類別對地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響規(guī)律。

        2 工程案例

        工程一位于浙江省湖州市,6度(0.05g)區(qū),剪力墻結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)地震分組第一組,Ⅲ類場地,場地特征周期0.45s,多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.04,地上11層、地下1層,建筑平面長度21.2m、寬度12.6m,結(jié)構(gòu)高度31.9m,第一、第二階周期分別為1.229s、1.160s。

        工程二位于福建省福州市,7度(0.10g)區(qū),剪力墻結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)地震分組第二組,Ⅲ類場地,場地特征周期0.55s,多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.08,地上18層、地下1層,建筑平面長度35.9m、寬度20.6m,結(jié)構(gòu)高度52.4m,第一、第二階周期分別為1.791s、1.628s。

        工程三位于安徽省阜陽市,7度(0.10g)區(qū),剪力墻結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)地震分組第一組,Ⅲ類場地,場地特征周期0.45s,多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.08,地上34層、地下1層,建筑平面長度33.5m、寬度16.4m,結(jié)構(gòu)高度98.6m,第一、第二階周期分別為3.085s、2.905s。

        3 場地特征對地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響

        《抗規(guī)》以地震影響系數(shù)曲線的形式給出了地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜,通過場地特征周期Tg反映設(shè)計(jì)地震分組、場地類別對地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響,不同的場地特征周期Tg對應(yīng)不同的地震影響系數(shù)曲線。以工程一為例,多遇地震時(shí),結(jié)構(gòu)阻尼比?啄取5%,不同設(shè)計(jì)地震分組、不同場地類別的地震影響系數(shù)曲線如圖1所示。圖1中T1、T2對應(yīng)工程一的第一、第二階周期。

        由圖2可知,設(shè)計(jì)地震分組和場地類別對應(yīng)的場地特征周期Tg越大,地震影響系數(shù)?琢值越大,且地震影響系數(shù)曲線受設(shè)計(jì)地震分組的影響要小于受場地類別的影響。場地特征對地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響主要集中在地震影響系數(shù)曲線的速度控制段,對位移控制段影響較小,對加速度控制段則沒有影響。以工程一為例,第一、第二階周期處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段,不同設(shè)計(jì)地震分組對?琢值影響的變化幅度均勻,約15~20%,不同場地類別對?琢值影響的變化幅度差異較大,約25~40%。

        4 場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響

        根據(jù)SATWE的計(jì)算結(jié)果,不同設(shè)計(jì)地震分組、不同場地類別時(shí),三個(gè)工程案例的X向結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)如表2、表3所示,X向結(jié)構(gòu)層間位移角曲線如圖3、圖4所示。

        工程一的結(jié)構(gòu)基本周期較短,不同設(shè)計(jì)地震分組、不同場地類別時(shí),結(jié)構(gòu)基本周期均處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段。由表1可知,設(shè)計(jì)地震分組每提高一級,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約20%;Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí),場地類別每提高一級,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約20%,Ⅳ類場地時(shí),結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約40%。由圖2可知,不同設(shè)計(jì)地震分組及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí),層間位移角曲線變化幅度均勻,Ⅳ類場地時(shí),層間位移角曲線變化幅度增大較多。

        工程二的結(jié)構(gòu)基本周期較短,不同設(shè)計(jì)地震分組及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類場地時(shí),結(jié)構(gòu)基本周期均處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段,Ⅰ1類場地時(shí),結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的位移控制段。由表2可知,設(shè)計(jì)地震分組每提高一級,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約15%;不同場地類別時(shí),結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的變化幅度差異較大,Ⅱ類場地較Ⅰ1類場地提高約10%,Ⅲ類場地較Ⅱ類場地提高約20%,Ⅳ類場地較Ⅲ類場地提高約30%。由圖3可知,不同設(shè)計(jì)地震分組時(shí),層間位移角曲線變化幅度均勻,Ⅰ1、Ⅱ類場地時(shí),層間位移角曲線變化幅度較小,Ⅲ、Ⅳ類場地時(shí),層間位移角曲線變化幅度增大較多。

        工程三的結(jié)構(gòu)基本周期較長,設(shè)計(jì)地震分組第三組及Ⅳ類場地時(shí),結(jié)構(gòu)基本周期均處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段,設(shè)計(jì)地震分組第一組、第二組及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí),結(jié)構(gòu)基本周期均處于地震影響系數(shù)曲線的位移控制段。由表3可知,不同設(shè)計(jì)地震分組時(shí),結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的變化幅度差異較大,第二組較第一組提高約5%,第三組較第二組提高約15%;Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí),場地類別每提高一級,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約5%,Ⅳ類場地時(shí),結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約20%。由圖4可知,設(shè)計(jì)地震分組第一組、第二組及Ⅰ1、Ⅱ、Ⅲ類場地時(shí),層間位移角曲線變化幅度均勻且幅度較小,設(shè)計(jì)地震分組第三組及Ⅳ類場地時(shí),層間位移角曲線變化幅度增大較多。

        綜上所述,場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、層間位移角曲線均有較大影響,且場地類別的影響要大于設(shè)計(jì)地震分組的影響。當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段時(shí),場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)影響較大,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、層間位移角曲線變化幅度均勻,Ⅳ類場地時(shí),由于場地特征周期Tg提高較多,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、層間位移角曲線變化幅度增大較多。隨著建筑高度增加、結(jié)構(gòu)周期延長,場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響逐漸減小。當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的位移控制段時(shí),場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)影響較小,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)、層間位移角曲線變化幅度較小。

        5 結(jié)束語

        文章采用振型分解反應(yīng)譜法,通過三個(gè)典型的剪力墻結(jié)構(gòu)工程案例,研究場地特征對地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜和剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響,得到以下結(jié)論:(1)場地特征對地震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜的影響主要集中在地震影響系數(shù)曲線的速度控制段,對位移控制段影響較小,對加速度控制段則沒有影響。地震影響系數(shù)曲線受設(shè)計(jì)地震分組的影響要小于受場地類別的影響。(2)當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的速度控制段時(shí),場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)影響較大,設(shè)計(jì)地震分組或場地類別每提高一級,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約15~20%,Ⅳ類場地時(shí),結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高約30~40%。隨著建筑高度增加、結(jié)構(gòu)周期延長,場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響逐漸減小。(3)當(dāng)結(jié)構(gòu)基本周期處于地震影響系數(shù)曲線的位移控制段時(shí),場地特征對剪力墻結(jié)構(gòu)影響較小,設(shè)計(jì)地震分組或場地類別每提高一級,結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)提高不大于10%。

        參考文獻(xiàn)

        [1]趙西安.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的若干問題[J].建筑科學(xué),1994(1).

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        [3]呂悅軍,等.場地類別條件對地震參數(shù)影響的關(guān)鍵問題[J].震災(zāi)防御技術(shù),2008,6(3).

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