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      某多層房屋RC框架和支撐—鋼框架抗震性能分析

      2015-10-14 12:04楊濤
      科技視界 2015年28期
      關(guān)鍵詞:支撐抗震性能

      楊濤

      【摘 要】采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件SATWE 2010計(jì)算某建筑采用RC框架體系和支撐-鋼框架結(jié)構(gòu)的抗震性能,對(duì)兩種結(jié)構(gòu)體系在多遇地震下的參數(shù)進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明:支撐-鋼框架體系側(cè)移剛度要大過(guò)RC框架體系,位移限值較??;合理布置支撐的鋼框架體系能有效抑制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng);支撐-鋼框架體系的整體穩(wěn)定性和RC框架體系相當(dāng)。

      【關(guān)鍵詞】RC框架;支撐-鋼框架;抗震性能

      【Abstract】Using the structure design software SATWE 2010 to calculate a building by the seismic performance of RC frame system and a steel braced frame structure, the two kind of structure system in frequently occurred earthquake parameters are compared and analyzed. The results showed that: braced steel frame system side shift stiffness is greater than RC frame system, the displacement limit value is small; rational arrangement of supports of the steel frame system can effectively inhibit the structure torsion effect; support - steel frame system of the overall stability and reinforced concrete (RC) system is.

      【Key words】RC frame; Steel frame; Seismic performance

      1 工程概況

      1.1 工程場(chǎng)地概況

      項(xiàng)目位于四川省廣元市劍閣縣,屬于河?xùn)|街棚戶區(qū)改造,根據(jù)用地規(guī)劃,建筑用地近似為一個(gè)上底為4.86m,下底長(zhǎng)為11.30m,高為42.440m的一個(gè)梯形,建筑用地面積為342.59m2。

      1.2 工程建筑概況

      由于建筑用地的不規(guī)則性,框架左側(cè)會(huì)采用大量的懸挑梁,建筑平面布置不規(guī)則,結(jié)構(gòu)樓層平面剛度分布不對(duì)稱和結(jié)構(gòu)的剛心與質(zhì)心位置的偏移,在水平作用下結(jié)構(gòu)承受較大的扭矩。建筑豎向布置沿高度并未發(fā)生過(guò)大變化。

      2 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

      針對(duì)同一建筑,采用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件分別建立鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型和帶支撐-鋼框架結(jié)構(gòu)體系模型。

      2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本參數(shù)

      該建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年,結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)。本工程抗震設(shè)防烈度為7度,基本地震加速度值為0.05g,框架抗震等級(jí)為三級(jí),場(chǎng)地土類別為Ⅱ類。

      2.2 RC框架材料信息

      RC結(jié)構(gòu)框架度混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40,框架梁和樓板為C30混凝土。柱、梁縱筋均采用三級(jí)鋼(即HRB400),箍筋采用φ8的鋼筋(HPB300);樓板中的支座負(fù)筋和板底分布筋均采用HPB335級(jí)鋼筋。

      2.3 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置

      支撐-鋼框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置:

      鋼框架結(jié)構(gòu)中所用柱、梁、支撐(支撐截面尺寸:腹板高度為200mm;厚度為9mm,翼緣寬度200mm,厚度為12mm)采用工字鋼,-材等級(jí)為Q235;樓板厚度為100mm,采用壓型鋼板-混凝土澆筑,混凝土強(qiáng)度為C30。

      3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

      3.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

      該建筑設(shè)計(jì)使用年限為50年,結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)。本工程抗震設(shè)防烈度為7度,基本地震加速度值為0.15g,框架抗震等級(jí)為三級(jí),場(chǎng)地土類別為Ⅱ類。

      結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]GB50009-2012進(jìn)行布置:樓面活在取值為2.0kN/m2,樓梯活荷載取3.5kN/m2,陽(yáng)臺(tái)和餐廳活載2.5kN/m2;屋面不上人,活載取值0.5kN/m2。地面粗糙度為C類,基本風(fēng)壓為0.3MPa。

      3.2 結(jié)果的計(jì)算模型

      結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析采用SATWE(2010版)軟件,分別建立RC框架和支撐-鋼框架計(jì)算模型。

      3.3 結(jié)構(gòu)振型

      模態(tài)分析中,取12個(gè)計(jì)算陣型,結(jié)果發(fā)現(xiàn):鋼筋混凝土框架的第一振型和第二振型主要是平動(dòng),第三振型主要是扭轉(zhuǎn),但是結(jié)構(gòu)第二、三振型均為平動(dòng)扭轉(zhuǎn)混合振型,在地震作用下可能會(huì)發(fā)生平扭耦合現(xiàn)象,不利于結(jié)構(gòu)抗震。鋼框架第一、二振型均為平動(dòng),第三振型為扭轉(zhuǎn),各振型質(zhì)量參與系數(shù)均大于0.9,盡量避免結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生附加扭矩。支撐-鋼框架能通過(guò)在結(jié)構(gòu)中合理布置支撐來(lái)調(diào)節(jié)質(zhì)心和剛心位置,減小二者的偏移距離,減小結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生的附加扭矩,有效控制了結(jié)構(gòu)自身的扭轉(zhuǎn)因素。同時(shí),鋼框架前三階自振周期比RC框架分別減小52%、67%和77%,這主要是因?yàn)殇摽蚣苤屑尤胫螌?duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移剛度提高效果明顯,使得鋼框架具有比RC框架更大的側(cè)移剛度,在地震荷載作用下,能夠更好地限制結(jié)構(gòu)位移。

      3.4 剪力系數(shù)

      根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]GB50011-2010(下簡(jiǎn)稱《抗規(guī)》)第5.2.5條規(guī)定,設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g的七度區(qū)的最小剪力系數(shù)λ為2.4%。計(jì)算發(fā)現(xiàn)兩種結(jié)構(gòu)形式的最小剪力系數(shù)λ為2.96滿足

      3.5 平均位移和最大層間位移

      在多遇地震作用下,RC框架X方向最大層間位移角發(fā)生于第三層,為1/685,Y方向最大層間位移角發(fā)生于第二層,為1/748鋼框架X方向最大層間位移角發(fā)生于第二層,為1/680,Y方向發(fā)生于第三層,為1/1040。層間位移角根據(jù)《抗規(guī)》第5.5.1條規(guī)定:多遇地震作用下,RC框架的層間位移角限值為1/550,多、高層鋼框架層間位移角限值為1/250。支撐-鋼框架體系結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度更大,結(jié)構(gòu)平均位移值較小,結(jié)構(gòu)層間位移角也較小,在多遇地震下,其能夠更好地限制結(jié)構(gòu)位移,實(shí)現(xiàn)“小震不壞”的抗震要求。

      3.6 平面規(guī)則性分析

      在考慮偶然偏性影響的規(guī)定水平地震荷載作用下,兩類結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件最大彈性層間位移和平均層間位移之比最大值出現(xiàn)在RC框架Y方向,該值為1.33,大于規(guī)范限值(限值為1.3),應(yīng)按照《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]JGJ3-2010(以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)第3.4.5條進(jìn)行調(diào)整。兩類結(jié)構(gòu)比較,鋼框架平面規(guī)則性好于RC框架。

      3.7 豎向規(guī)則性分析

      鋼框架結(jié)構(gòu)各層X(jué)向剛度與上一層X(jué)向側(cè)移剛度70%的比值或上三層平均側(cè)移剛度80%的比值中之較小者的范圍為1.000~1.60,Y向?yàn)?.000~1.67。RC框架結(jié)構(gòu)該值X向范圍為0.96~2.31,Y向范圍為1.03~2.37,根據(jù)《高規(guī)》第4.5.2條規(guī)定,結(jié)構(gòu)2層為薄弱層。分析數(shù)據(jù)說(shuō)明,鋼框架結(jié)構(gòu)豎向布置更加規(guī)則,避免了結(jié)構(gòu)薄弱層的出現(xiàn),在地震荷載作用下更不易出現(xiàn)局部樓層的嚴(yán)重破壞。

      3.8 抗剪承載力驗(yàn)算

      鋼框架結(jié)構(gòu)各樓層上一層抗與其抗剪承載力之比X范圍0.81~1.34,Y向范圍0.95~1.16。RC框架該比值X向范圍0.88~1.30,Y向范圍1.08~1.30。兩類結(jié)構(gòu)均滿足《高規(guī)》第5.1.14條規(guī)定。

      3.9 整體穩(wěn)定性分析

      兩種結(jié)構(gòu)最小剛重比均出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)第二層,值分別為:RC框架X向?yàn)?9.50,Y向?yàn)?9.34,鋼框架X向?yàn)?7.66,Y向?yàn)?6.24,均滿足《高規(guī)》第5.4.4條規(guī)定,兩類結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相當(dāng)。之所以帶支撐-鋼框架結(jié)構(gòu)Y方向剛重比X方向剛重比大很多,是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中支撐大多橫向布置,大大提高了結(jié)構(gòu)Y方向的剛度。

      4 結(jié)論

      通過(guò)多遇地震作用下,兩種結(jié)構(gòu)的響應(yīng)分析,可以得到以下結(jié)論:支撐-鋼框架結(jié)構(gòu)避免了RC框架中的混合振型,更有利于抗震;和RC框架相比,支撐-鋼框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度更大,在多遇地震荷載作用下,能夠更好地控制構(gòu)件側(cè)向位移,保證結(jié)構(gòu)的安全性;支撐-鋼框架體系的整體穩(wěn)定性和RC框架體系相當(dāng)。

      【參考文獻(xiàn)】

      [1]GB50009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

      [2]JGJ3-2010, 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

      [3]GB 50011-2010, 建筑抗震規(guī)范[S].

      [4]GB 50017-2003, 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

      [5]GB50010-2011, 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

      [責(zé)任編輯:湯靜]

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