多層大板大開間住宅的抗震性

Abstract:Thispaperdescribestheseismicresearchonamulti-storeystructuralsystem.Thishouseismoreaccommodatedwiththedevelopmentaldemandofpeople.Keywords:prestressedlargespanseismicanalysistimehistoryanalysis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(fèi)為主，還談不上住宅的“個性化”。房屋的結(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?！督ㄔO(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。本住宅的結(jié)構(gòu)平面圖如下:本結(jié)構(gòu)共6層，高16.8m，X向:2×5m,Y向:6×3.5m。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Ⅱ類，設(shè)計地震分組為第二組，區(qū)域?yàn)榻?，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(shí)際強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)按剛結(jié)點(diǎn)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）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StepTypeStepNumPeriodCircFreqStepTypeStepNumPeriodCircFreqMode10.826357.6035Mode10.7465078.4168Mode20.3883916.178Mode20.29983520.955Mode30.26957923.307Mode30.23568726.659Mode40.16078239.079Mode40.13213547.551Mode50.13630546.097Mode50.09999362.836Mode60.07720281.386Mode60.06863991.539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12.02.02.023.04.03.32.02.62.8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12.02.02.023.04.03.32.02.62.8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。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Z141.2059.7052.2451.0423.9626.3728.8226.38Z27.9410.669.229.2729.7632.9035.9932.88Z33.723.352.883.3230.0033.2636.4333.23Z411.4411.898.6410.6729.9133.1936.3833.16Z841.2059.7052.2451.0529.9233.2036.3933.17Z97.9410.669.229.2730.1333.3736.5433.35Z103.723.352.883.3223.6026.3728.4426.14Z1111.4411.898.6410.6710.2911.0111.9111.07Z1567.1295.7784.1682.359.5310.2011.0110.25Z1617.5918.3713.4716.4810.2911.0111.9111.07框架剪力339.51472.49408.03406.68394.56437.32477.98436.62總剪力310.65386.15528.53456.43424.67469.54512.81469.01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(qiáng)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(qiáng)度達(dá)到承受全部地震作用。經(jīng)驗(yàn)算,用時程分析法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。框架底部最大彎矩（KN-m）X方向Y方向柱ELSHNJ柱ELSHNJZ168.3599.6387.22Z147.7953.2158.35Z237.7553.4545.23Z259.4466.4072.89Z320.1922.6717.88Z359.6066.7073.28Z427.1328.6321.03Z459.4866.6373.23Z868.3599.6387.22Z559.5266.6673.25Z937.7553.4545.23Z659.7966.8473.41Z1020.1922.6717.88Z747.4652.9257.99Z1127.1328.6321.03Z1552.7659.4465.23Z15134.98195.83171.76Z1650.7957.5262.91Z1636.9038.9828.73Z1752.7659.4465.23其X方向上最大彎矩的平均為167.52KN-m（Z15）,Y方向上的最大彎矩的平均值為66.68KN-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1-12.5-18.115.410.0-12.8-12.72-18.7-25.522.115.7-20.3-20.83-18.2-23.821.214.8-19.7-20.54-16.1-20.618.812.1-16.5-17.45-12.0-14.914.18.6-11.9-12.66-7.1--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:1KN/m2；單元內(nèi)靈活分隔的隔墻:2.5KN/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4.0-5.5KN/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)。3.地震作用的彈性分析表明約90%的水平