带转换层结构的自振特性模态分析,建筑结构论文.docx

带转换层结构的自振特性模态分析,建筑结构论文近年来随着高层建筑功能的多样化,各种竖向不规则的复杂高层建筑构造大量涌现,华而不实主要包括带转换层的构造、带加强层的构造、错层构造、连体构造和多塔构造等. 这些构造竖向布置不规则,传力途径复杂,有些工程平面布置也不规则. 我们将建立具有代表性的平面不规则底层框支剪力墙构造为分析对象,对于转换层设置在1层、2层的框支剪力墙构造,可近似采用转换层与其上层构造的等效剪切刚度比 e1表示转换层上、下层构造的构造刚度变化, e1宜接近1,非抗震设计时 e1不应小于0.4,抗震设计时 e1不应小于我们所建的模型属于平面不规则构造,根据规范规定应计算双向水平地震作用下构造的扭转效应. 通过改变上部剪力墙的厚度来改变转换层上、下侧向刚度比,并对构造进行相应的计算分析,从中总结出转换层上、下刚度比对构造扭转效应的影响. 1、周期比和位移比对扭转的影响 周期比是指构造扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1比.构造扭转第一自振周期与地震作用方向的平动第一自振周期之比值,对构造的扭转效应有明显影响,当二者接近时,构造的扭转效应显著增大.徐培福推导出了考虑平动 扭转耦联反响的计算公式,并给出了考虑平动 扭转耦联的计算公式.他根据考虑平动扭转耦联的计算公式绘制了 r/u与Tt/T1的关系图( r/u为构造相对扭转响应,该比值反响扭转振动效应的程度).从中能够看出耦联反响对构造的扭转效应有明显的放大作用,设计中应考虑平动 扭转耦联反响.同时能够看出当周期比 0.8以后,构造相对扭转响应增大很快. 为了控制耦联反响对构造的扭转效应的放大作用,文献中做了如下规定:在考虑偶尔偏心影响的规定水平地震作用下,复杂高层建筑(包含带转换层构造)扭转为主的第一周期Tt与平动为主的第一周期T1之比不应大于0.85.位移比是指在考虑偶尔偏心影响的水平地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移(层间位移)与该楼层平均位移(平均层间位移)的比值.研究表示清楚,扭转效应越大,位移比越大.假定楼板为平面内无限刚,当一个构造发生平动和扭转时,将发生如此图1所示的变形. 从图1能够看出,当位移比逐步增大时,整个构造的变形受力将变得非常不均匀.构造在地震作用下将在变形最大的竖向构件处首先毁坏,进而造成构造毁坏.为了控制楼层变形的均匀性,文献中做了如下规定:在考虑偶尔偏心影响的规定水平地震作用下,复杂高层建筑构造(包含带转换层构造)不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍.从另一个角度来分析,控制构造扭转变形的本质是控制构造扭转变形小于构造平动变形或者控制构造扭转变形的绝对值比拟小,控制地震作用下构造扭转振动效应不成为主振动效应,避免构造扭转毁坏. 2、算例及基本参数 模型共26层,平面布置分别见图2、图3.各跨长度均为8m,平面凹进l=16m,l/Bmax=0.5,所以平面凹进尺寸大于相应方向总尺寸的30%,模型为凹凸不规则构造. 转换层位于第二层,底部两层为框支构造,由落地剪力墙和框架组成,层高4.5m;转换层上部为剪力墙构造,共24层,层高为3m,构造总高为81m. 算例1构造各跨长度均为8000mm,底层框架梁截面尺寸为400mm 800mm;二层转换梁分为两种:上部两侧均布置剪力墙的转换梁截面尺寸为700mm 1000mm,上部一侧布置剪力墙的转换梁截面尺寸为700mm 1200mm;底部两层的柱截面尺寸均为1200mm 1200mm;底部剪力墙厚度为400mm,转换层上部剪力墙的厚度为350mm;转换层楼板的厚度为250mm,其余各层楼板厚均为150mm. 转换梁、柱及底部两层剪力墙的混凝土强度等级为C50,底层框架梁及上部剪力墙的混凝土强度等级为C40,楼板的混凝土强度等级为C35.算例24分别为将上部剪力墙的厚度变为300mm、250mm、200mm,其余部位不变,构造的整体模型见图4. 3构造的动力分析 运用大型分析软件SAP2000对构造进行分析,本框支剪力墙构造按8度(0.2g)设防,场地类别为类场地,设计地震分组为第二组,特征周期Tg=0.4s,恒荷载组合值系数为1,活荷载组合值系数为0.5. 3.1动力特性分析 采用Rits向量法对构造进行模态分析,计算取24阶振型,得到构造对应的自振周期、模态振型介入质量比、固有振型等动力特性,由4种构造模型的分析结果得振型介入系数的累计值均为0.99,知足规范当中90%的介入系数的要求,讲明所取的振型数能够知足计算精度的要求,模型14的自振周期及模态振型介入质量比见表1(取前3阶振型). 通过表1能够判定: (1)构造的第一振型是X方向的平动,第二振型为Y方向的平动,第三振型为绕Z轴的扭转振型,振型存在平动 扭转耦联现象;(2)当上层剪力墙厚度分别为350mm、300mm、250mm、200mm时构造的周期比分别为0.7101、0.7471、0.7864、0.8068. 3.2反响谱分析及弹性时程分析 高层建筑构造宜采用振型分解反响谱法进行分析,而对于带转换层的构造应采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算. 地震波的合理选择是时程分析的基础,选择EL-Centro(N-S)地震波(记录时间为30s,加速度峰值为341.7cm/s2,记录时间间隔0.02s)、Taft地震波(记录时间为54.38s,加速度峰值为175.945cm/s2,记录时间间隔0.02s)、兰州波共三条地震波记录作为鼓励,地震持续时间定为20s. 当取三组时程曲线进行分析时,构造地震作用效应宜取时程分析法计算结果的包络值与振型分解反响谱法计算结果的较大值(1)扭转效应分析经分析得出构造竖向构件X向位移值,见表2. 均匀改变转换层上部剪力墙厚度对构造竖向构件最大水平位移及平均位移影响不大,上部剪力墙厚从200mm增至350mm时构造的位移比有一定降低. 3.3层间位移分析 经分析比照所得层间位移如此图5所示. 由图5可得各模型的层间位移角均能知足文献的要求.4种模型的楼层层间位移最大值都出如今11层,对于上部墙体较厚的构造由于转换层上、下的侧向刚度变化较大、地震作用大等原因,下部框支层层间位移大于较薄剪力墙的构造的层间位移.由于侧向刚度较小,模型4的中间楼层最大层间位移明显大于其他模型. 4、结论 (1)均匀增大墙厚改变转换层上、下侧向刚度比对构造的低阶振型周期有一定影响,能够降低构造的位移比及扭转效应. (2)对平面不规则长形和平面尺寸较大的构造,应在考虑位移比的同时充分考虑扭转对构造周边构件的影响,防止构件扭转毁坏. (3)对平面不规则带梁式转换层构造应在考虑控制转换层上、下侧向刚度比的同时,适当增大构造周边抗侧刚度,合理调整刚心附近抗侧构件的刚度.