多層大板大開間住宅的抗震性研究_secret

1、Abstract: This paper describes the seismic research on a multi-storey structural system. This house is more accommodated with the developmental demand of people.Key words: prestressed large spanseismic analysistime history analysis一、概述我國住宅的現(xiàn)狀是以解決生存空間為目的的“安置型”住宅消費為主，還談不上住宅的“個性化”。房屋的 HYPERLINK /Constr

2、ucture/Index.html t _blank 結(jié)構(gòu)和住戶的期望要求存在著一定的差距，用戶只能被動的根據(jù)已建套型來改造自己的房屋，而無法隨心所欲的裝修布置，這勢必會造成住宅的精神老化加速。建設(shè)部在對我國未來房地產(chǎn)市場前景的分析報告中提到，我國居民對現(xiàn)住房的滿意率還不到20，約有48的居民提出在兩三年內(nèi)愿意換購住房，已購公房戶中也有67希望通過換購住房來改善居住條件和環(huán)境，住宅的使用壽命逐年降低。從中不難看出，住戶居住的滿意率較低導(dǎo)致住宅的新陳代謝加快，這與國家現(xiàn)在大力提倡的“節(jié)能”是背道而馳的。讓用戶根據(jù)自己的情況決定住宅套型，并且能隨時更換改裝，是解決這一問題的可行之法。住宅不僅要能滿

3、足一個時期的一種需要，還要能夠根據(jù)不同時期適應(yīng)不同的需要，這才是未來住宅發(fā)展的一個趨勢。多層大板大開間住宅符合住宅 HYPERLINK /Article/Index.html t _blank 建筑“以人為本”、“住戶參與設(shè)計”的要求，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。本住宅的 HYPERLINK /Constructure/Index.html t _blank 結(jié)構(gòu)平面圖如下: 本 HYPERLINK /Constructure/Index.html t _blank 結(jié)構(gòu)共6層，高16.8m，X向:25m,Y向:63.5m。二、用時程分析法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震分析。該工程設(shè)防烈度為7度，場地類別為類，設(shè)

4、計地震分組為第二組，區(qū)域為近震，設(shè)計基本加速度值為0.10g。對于地震波的選取，規(guī)范規(guī)定，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的時程分析時，一般先按照 HYPERLINK /Article/Index.html t _blank 建筑物所在的場地類別、設(shè)防烈度、設(shè)計地震分組等因素，選取不少于兩條的實際強震加速度時程記錄曲線和一條人工模擬的加速度時程曲線，作為設(shè)計用的地震波輸入，其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計意義上相符。因此，本結(jié)構(gòu)在設(shè)計時根據(jù)場地情況采用了EL-Centro,南京波與上海人工波，取X、Y雙向輸入，按規(guī)范7度抗震時時程分析所采用的地震加速度時程曲線的最大值（多遇地震

5、為35cm/s2，罕遇地震為220cm/s2）來調(diào)整輸入波的峰值。1.數(shù)值分析模型由于本結(jié)構(gòu)需同時考慮X、Y方向的地震作用，我們提出了一種新型的結(jié)構(gòu)模型，如上圖所示，此住宅的居住部分和 HYPERLINK /transportation/Index.html t _blank 交通部分是分開的。住宅主體在X、Y方向上為完全對稱的大板大開間結(jié)構(gòu)，這樣可以大大提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，增強結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)能力，同時也是為了方便施工的需要；樓梯部分采用框架結(jié)構(gòu)。對于住宅主體部分，我們把梁、柱劃為桿單元，板劃分為剛性樓板單元，一般節(jié)點按剛結(jié)點考慮，同時作了如下假設(shè):1）假定地基為剛性的，對上部結(jié)構(gòu)沒有影響；2）

6、阻尼矩陣是質(zhì)量矩陣和剛度矩陣的線性組合，即比例阻尼；3）假定樓層的全部質(zhì)量集中于樓板上，且樓層剛度在平面內(nèi)無限大；4）總剛度矩陣隨位移和時間的變化按恢復(fù)力模型進(jìn)行調(diào)整。2.數(shù)值分析計算結(jié)果（采用SAP2000V9進(jìn)行計算分析）（1）結(jié)構(gòu)自振周期及頻率X向Y向StepTypeStepNumPeriodCircFreqStepTypeStepNumPeriodCircFreqMode10.826357.6035Mode10.7465078.4168Mode20.3883916.178Mode20.29983520.955Mode30.26957923.307Mode30.23568726.659M

7、ode40.16078239.079Mode40.13213547.551Mode50.13630546.097Mode50.09999362.836Mode60.07720281.386Mode60.06863991.539自震周期數(shù)值和小柱網(wǎng)框架住宅類似。（2）彈性階段（小震）結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的結(jié)構(gòu)位移、底層最大剪力和底層最大彎矩。層間位移（mm）X方向Y方向?qū)訑?shù)ELSHNJELSHNJ層位移層位移層位移層位移層位移層位移12.02.92.41.62.02.023.04.03.62.53.33.332.93.83.32.33.13.342.53.33.02.02.62.851.92.4

8、2.31.61.92.061.21.31.30.51.11.1樓層最大位移為4.0mm，為總高度的1/4200，樓層最大層間位移角為1/700，小于規(guī)范1/550的限值。注：EL指EL-Centor 波，SH指上海人工波，NJ指南京波。層間位移（mm）X方向Y方向?qū)訑?shù)ELSHNJELSHNJ層位移層位移層位移層位移層位移層位移12.02.92.41.62.02.023.04.03.62.53.33.332.93.83.32.33.13.342.53.33.02.02.62.851.92.42.31.61.92.061.21.31.30.51.11.1樓層最大位移為4.0mm，為總高度的1/42

9、00，樓層最大層間位移角為1/700，小于規(guī)范1/550的限值。注：EL指EL-Centor 波，SH指上海人工波，NJ指南京波。底層柱地震作用下的水平剪力（KN）（X）、（Y）分別代表X，Y方向柱EL（X）SH（X）NJ（X）平均值EL（Y）SH（Y）NJ（Y）平均值Z141.2059.7052.2451.0423.9626.3728.8226.38Z27.9410.669.229.2729.7632.9035.9932.88Z33.723.352.883.3230.0033.2636.4333.23Z411.4411.898.6410.6729.9133.1936.3833.16Z841.

10、2059.7052.2451.0529.9233.2036.3933.17Z97.9410.669.229.2730.1333.3736.5433.35Z103.723.352.883.3223.6026.3728.4426.14Z1111.4411.898.6410.6710.2911.0111.9111.07Z1567.1295.7784.1682.359.5310.2011.0110.25Z1617.5918.3713.4716.4810.2911.0111.9111.07框架剪力339.51472.49408.03406.68394.56437.32477.98436.62總剪力310

11、.65386.15528.53456.43424.67469.54512.81469.01框剪/總剪87.3%87.9%89.4%89.4%92.9%93.1%93.2%93.1%注:框架剪力是指柱在框架方向所受的水平剪力，其余為柱在與板相連方向所受的水平剪力。在時程分析中，其X和Y向的框架剪力/總剪力均大于75%，即框架承受75%以上的地震作用，所以，此結(jié)構(gòu)屬于框架結(jié)構(gòu)，其抗側(cè)力體系是框架結(jié)構(gòu)，在設(shè)計該住宅體系時，使框架結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力強度達(dá)到承受100%水平地震作用的要求。非框架結(jié)構(gòu)客觀上承受少量的地震作用，可視為安全儲備。在設(shè)計計算時應(yīng)使框架柱的強度達(dá)到承受全部地震作用。經(jīng)驗算,用時程分析法

12、所求得的底層柱剪力與用振型分解反應(yīng)譜法求得的剪力相差不超過20%,滿足規(guī)范要求?？蚣艿撞孔畲髲澗兀↘N-m）X方向Y方向柱ELSHNJ柱ELSHNJZ168.3599.6387.22Z147.7953.2158.35Z237.7553.4545.23Z259.4466.4072.89Z320.1922.6717.88Z359.6066.7073.28Z427.1328.6321.03Z459.4866.6373.23Z868.3599.6387.22Z559.5266.6673.25Z937.7553.4545.23Z659.7966.8473.41Z1020.1922.6717.88Z747

13、.4652.9257.99Z1127.1328.6321.03Z1552.7659.4465.23Z15134.98195.83171.76Z1650.7957.5262.91Z1636.9038.9828.73Z1752.7659.4465.23其X方向上最大彎矩的平均為167.52 KN-m（Z15）,Y方向上的最大彎矩的平均值為66.68 KN-m（Z6）。（3）彈塑性階段（大震）結(jié)構(gòu)變形計算大震作用下的層間位移與轉(zhuǎn)角樓層最大位移為25.5mm，樓層最大層間位移角為1/110，小于規(guī)范1/50的限值。X方向Y方向?qū)訑?shù)ELSHNJELSHNJ層位移層位移層位移層位移層位移層位移1-12.5

14、-18.115.410.0-12.8-12.72-18.7-25.522.115.7-20.3-20.83-18.2-23.821.214.8-19.7-20.54-16.1-20.618.812.1-16.5-17.45-12.0-14.914.18.6-11.9-12.66-7.1-8.78.55.0-6.9-7.3三、樓蓋結(jié)構(gòu)。樓蓋為四邊支撐的大板，大板采用后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力砼板，有利于減輕結(jié)構(gòu)自重及增加抗裂性能。利用四邊支撐的有利條件，樓板厚度取跨度的1/50左右，即200mm。樓面恒載:樓板自重5.0KN/m2；裝飾層:1 KN/m2 ；單元內(nèi)靈活分隔的隔墻:2.5 KN/m2。樓面活載按規(guī)范要求取2.0KN/m2。采用一般有限元程序均可分析板的變形，應(yīng)力和內(nèi)力，以計算板中預(yù)應(yīng)力筋的數(shù)量和分布，這里不再累述。一般預(yù)應(yīng)力板的普通鋼筋配筋為4.0-5.5 KN/m2，可根據(jù)后張法預(yù)應(yīng)力筋的類型以及構(gòu)造要求進(jìn)行普通鋼筋的配置。四、主要結(jié)論。1.該結(jié)構(gòu)在小震作用下的最大層間位移小于1/550，在大震作用下的最大層間位移小于1/50，符合“小震不壞，中震可修，大震不倒”的要求，該結(jié)構(gòu)安全、可靠。2.樓板有足夠剛度，平面內(nèi)的相對撓度很小，符合平面內(nèi)剛度無窮大的假設(shè)