尹新生 李燕瑩 李百隆 李仕龍 郝 峰 王召震

(1:吉林建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院,長春 130118; 2:清水建設(shè)(中國)有限公司,上海 200000)

0 引言

早在1964年，美國麻省理工學(xué)院Hansen，Paul等人就在US Steel Corp的資助下提出了交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu),對(duì)交錯(cuò)桁架結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行了詳細(xì)研究,并開發(fā)出了針對(duì)建筑的交錯(cuò)桁架鋼結(jié)構(gòu)體系[1].在此基礎(chǔ)上，上個(gè)世紀(jì)80年代K.N.V.Prasada Rao和K.Seetharamalu又提出了跳層剪力墻結(jié)構(gòu),并詳細(xì)論述了其工作原理和受力特點(diǎn)[2].目前，國內(nèi)針對(duì)交錯(cuò)混凝土桁架剪力墻結(jié)構(gòu)沒有實(shí)際案例,尚處于理論研究探索階段，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能有待進(jìn)一步研究.

1 交錯(cuò)混凝土桁架剪力墻結(jié)構(gòu)模型

本文以某18層交錯(cuò)混凝土桁架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑為例,利用SAP2000有限元軟件[3]建模.層高3.6m,板厚180mm,柱截面550mm×550mm,剪力墻厚度200mm.縱筋和箍筋分別為HRB400和HRB335.混凝土采用C30混凝土.抗震設(shè)防烈度為7度,基本加速度為0.1g[4],由于篇幅受限,本文僅選用美國Elcentro波加載.

鋼筋混凝土桁架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑模型如圖1所示,抗震設(shè)防烈度為7度,運(yùn)用彈塑性時(shí)程分析[5],選取Elcentro(Named by City of EI Centro,California,The United States)地震波,分析該建筑在罕遇地震下的地震反應(yīng),驗(yàn)算層間位移角是否滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)[6].

圖1 有限元模型Fig.1 Finite element model

2 地震反應(yīng)分析

2.1 罕遇地震下的地震反應(yīng)分析

當(dāng)建筑在罕遇地震作用下,建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件將進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài),對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行Pushover分析.為了驗(yàn)證建筑結(jié)構(gòu)在罕遇地震[7]作用下的破壞特征,在各節(jié)點(diǎn)定義塑性鉸,通過觀察塑性鉸的發(fā)展情況判斷結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài).根據(jù)抗震規(guī)范要求[8],高層結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移按下式計(jì)算:

Δup≤[θp]h

式中,Δup為罕遇地震下最大層間位移,mm;[θp]為層間位移角限值;h為計(jì)算樓層層高,m.

抗震規(guī)范規(guī)定,罕遇地震作用下位移角限值為1/120,驗(yàn)證建筑結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下層間位移是否滿足規(guī)范要求[9].

2.1.1 罕遇地震下結(jié)構(gòu)的最大層間位移和層間位移角

該建筑結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的最大層間位移角與規(guī)范要求的對(duì)比如表1所示,El-centro波作用下的最大層間位移和位移角如表2所示.

表1 El-centro波作用下最大層間位移角及規(guī)范要求Table 1 Maximum inter-storey displacement angle under El-centro wave and code requirement

表2 El-centro波作用下最大層間位移和層間位移角Table 2 Maximum inter-storey displacement and displacement angle under El-centro wave

2.1.2 罕遇地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的位移云圖和時(shí)程曲線

罕遇地震作用下EL-centro波對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的變形云圖和時(shí)程曲線如圖2所示.

(a) Deformation cloud under El wave (b) Time history curve under EL wave(18th)

(c) Time history curve under EL wave(10th) (d) Time history curve under EL wave(1th)圖2 變形云圖和時(shí)程曲線Fig.2 Deformation cloud and time-history curves

2.1.3 罕遇地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的塑性發(fā)展

選取層間位移最大的一榀框架，分析其在El-centro波作用下1.5s,2.98s,4.23s和6.32s建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力塑性發(fā)展情況,并標(biāo)記1 348點(diǎn)(即頂點(diǎn))的位移，如圖3所示.

圖3 罕遇地震作用下的塑性發(fā)展Fig.3 Plastic development under rare earthqua

3 結(jié)論

由以上分析得出如下結(jié)論:罕遇地震作用下，建筑結(jié)構(gòu)的最大剪力位于底層,分布與常規(guī)剪力墻結(jié)構(gòu)保持一致[10].由時(shí)程曲線可知，罕遇地震作用下建筑結(jié)構(gòu)整體剛度和層間位移分布均滿足要求,最大層間位移角最大為1/366,滿足規(guī)范要求,且塑性鉸多分布于結(jié)構(gòu)下部的弦桿和連梁上,可起到耗能作用；建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí),破壞是有層次的,不會(huì)發(fā)生脆性破壞[11],且結(jié)構(gòu)耗散能量穩(wěn)定增強(qiáng)；建筑結(jié)構(gòu)在地震中表現(xiàn)良好.