短肢剪力墙结构抗震性对比分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 短肢剪力墙结构抗震性对比分析 【摘 要】本文以西安市某高度 为 50m 的剪力墙结构点式高层住宅楼为 背景，通过合理简化，利用有限元分析 软件 ANSYS 建立合理的短肢剪力墙结 构模型，同时建立异形柱框架剪力墙结 构、普通剪力墙结构模型，并将短肢剪 力墙结构与另外两种相近的结构进行比 较分析，对比其在抗震性方面的差异， 发现短肢剪力墙结构的抗震性和经济性 的等综合性能较好。 中国论文网 /8/view-12933428.htm 【关键词】短肢剪力墙结构；抗 震性 0 前言 1997 年我国专家首次提出短肢剪 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 力墙结构体系，但是关于该种类型结构 的应用， 建筑抗震设计规范1和 混凝土结构设计规范2中并未给予 详细的说明。虽然在高层建筑混凝土 结构规程3作出相关要求，如高度范 围、抗震等级、墙体厚度以及在整个结 构中所占倾覆力矩的百分比等。但是， 这些要求都是基于实验室中获得的数据 的基础上提出来的，具有一定的局限性， 缺乏现实的地震考验。因此，对这种类 型结构体系抗震性的分析，特别是针对 高层住宅中的应用研究，能够为今后该 种结构的设计提供参考依据。 1 短肢剪力墙结构抗震性对比分 析 1.1 模态分析 模态分析是分析结构动力特性的 基础，通过模态分析可以获得结构的自 振频率、周期、振型等自振特性4。 通过不同结构类型之间的比较， 异形柱框剪结构的周期比为 0.89，短肢 剪力墙结构的周期比为 0.87，普通剪力 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 墙的周期比 0.86。三种结构的周期虽均 在规范要求之内，但都比较接近限值 0.9，尤其是异形柱框剪结构已快达到限 值，主要原因在于点式高层住宅的 X、Y 两向尺寸接近且较小，同时结构 核心处电梯井刚度较大，而外侧墙肢由 于需要满足结构空间需排布较为疏松， 这致使结构整体形成“ 内刚外柔 ”的框筒， 所以周期比偏大。而在异形柱框剪结构 中由于异形柱的存而削弱结构外围刚度， 在核心区刚度（主要是电梯间核心筒刚 度）不变的情况下，使得作用于结构的 能量中促使结构扭转的能量增加。而短 肢剪力墙结构安全性更接近普通剪力墙， 安全性优于异形柱框剪结构。 1.2 反应谱分析 反应谱分析步骤主要有： （1）将类别设为单点相应谱。 模态数取前 30，并将应力响应设为开启 状态。 （2）设置反应谱类型为加速度 谱，根据相应的反应谱值乘以重力加速 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 度得到地震加速度，激励方向分别为 X 向和 Y 向，进行谱分析求解。 （3）模态扩展。本文选择 SUBSP 方式扩展。 （4）模态合并。因为在同一时 刻所有模态的值不可能都达到最大，所 有模态的最大值不会同步出现，因此每 一阶扩展模态的响应需要合并为总体响 应。本文采纳 ANSYS 提供的 CQC 法 进行组合，即各振型反应的完全平方组 合法，该法考虑了结构各振型之间的偶 联。反应谱分析可以获得层位移、层间 位移角以及各层的剪力，其中层位移用 u 表示，层间位移角 =u/h，式中 h 为 层高，u 为层相对位移。通过分析发 现这三种结构的楼层位移曲线不论 X 向 还是 Y 向都连续，平滑，无突变，这表 明整个建筑没有特别显著的薄弱部位， 其中异形柱框剪结构由于其中的异形柱 截面尺寸较短刚度较小，所以其变形曲 线基本上呈现剪切型；普通剪力墙结构 由于墙肢较长，变形基本上呈弯曲型， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 但不是很明显；短肢剪力墙结构的变形 介于两者之间，底部表现出弯曲型，上 部表现为剪切型，变形曲线趋近直线。 总体来说，X，Y 两个方向的变形趋势 基本相同。相比之下形柱框剪结构 的位移反应虽然能满足规范要求但是较 大，普通剪力墙结构最小，比较安全， 短肢剪力墙结构居于两者之间。这主要 是因为，短肢墙结构较普通墙结构墙率 减小了 15.5%，异形柱框剪结构相对于 短肢墙结构墙率减少了 20.76%。总之， 就本工程而言除异形柱框剪结构外的另 两种结构的设计相对比较安全。通过对 三种设计方案的最大层间位移角的比较， 其出现在整个结构的中间靠下部位，且 最大层间位移角出现在 7 层，但异形柱 框剪结构的层间位移角较大，短肢墙和 普通墙的变化趋势较为接近，说明短肢 墙和普通墙的层间位移延竖向变化较为 均匀，整体抗侧刚度较好。 1.3 弹性时程分析 依据建筑抗震设计规范中的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 要求：对于极其不规则的建筑、甲类建 筑和达到一定高度范围的高层建筑以及 采用新的结构形式或新的建筑材料的建 筑结构，应采用时程分析法进行多遇地 震下的补充计算2。 （1）异形柱框架剪力墙结构计 算结果 异形柱框架剪力墙结构的最大位 移为 32.16mm，最大基底剪力为 1842.3KN；短肢剪力墙结构的最大位移 是 29.78mm，最大基底剪力为 1918.3KN；普通剪力墙结构的最大位移 为 27.46mm，最大基底剪力为 2109.5KN。规范反规定，对普通剪力墙 结构的时程分析的最大剪力应大于振型 分解反应谱法的 65%。 2 结论 本文结合现实工程案例，利用有 限元分析软件 ANSYS 对比分析了短肢 剪力墙结构与其他结构类型抗震性能的 差异，得出如下结论： （1）通过模态分析可知。短肢 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 剪力墙结构第 1 振形延 X 向移动，第 2 振形延 Y 向移动，说明结构在 X 向的 抗侧刚度较小，但 X、Y 向相差不大， 说明结构 X、Y 方向的刚度比较接近， 第 3 阶振形为绕质心转动，说明抵抗扭 转的刚度优于平动刚度，结构布置合理。 短肢剪力墙结构的周期比符合规范要求， 优于异形柱框架剪力墙结构。 （2）通过多遇地震下的反应谱 分析和时程分析的比较分析，短肢墙结 构的变形表现出 S 形，这说明其变形型 式介于剪切型和弯曲型之间，属弯剪型。 另外该结构的层间位移角均符合规范规 定，安全性优于异型柱框剪结构。 （3）对于点式高层建筑中短肢 剪力墙的设计，应考虑采用“外长内短” 的方式，将短肢尽量布置在结构内侧， 另