短肢剪力墙结构弹性时程分析_孙甜甜

防灾减灾工程学报

JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineering

Vol.30Suppl.Sep.2010

短肢剪力墙结构弹性时程分析

孙甜甜,郭　棣

(西安建筑科技大学,西安710055)

摘要:应用PKPM软件中SATWE程序对一在建短肢剪力墙结构进行弹性时程分析,并结合此结构叙述了弹性时程分析的分析过程,包括模型的建立、地震波的选取及电算结果分析,以充分体现时程分析在结构设计中的辅助作用。

关键词:短肢剪力墙;弹性时程分析;SATWE程序

中图分类号:TU435　　文献标识码:A　　文章编号:1672-2132(2010)增刊-0058-03

0　引言

短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5～8的剪力墙,其截面形式多为T、L、十形等,当有斜向隔墙时,也可能有　ヘ形或∧形[1]。由于短肢剪力墙可灵活布置,且在剪力墙的基础上吸收框架结构的优点,摒弃了框架结构和剪力墙结构的缺点,所以这种结构被更多地应用到高层建筑中。现今,短肢剪力墙的研究方法主要是振动台实验,并借助软件辅助分析,主流软件包括SATWE、SAP、ANSYS等。短肢剪力墙的计算模型主要有以下3种:带刚域杆件计算模型、薄壁杆件计算模型和墙板单元计算模型[2],而其中墙单元所分析出的结果最贴近实际情况,本文中使用的分析软件SATWE就是使用墙元对结构进行弹性时程分析。

类。标准层墙布置图见图1。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》,本工程需进行弹性时程分析补充计算。

1.2　模型建立

SATWE采用空间杆单元来模拟梁、柱及支撑杆件,用在壳单元的基础上凝聚而成的墙元来模拟剪力墙。分析所用模型共建立了36个标准层,其中地上32层,地下3层,设备层1层,建筑三维模型见图2。相对其他有限元模型,墙元模型允许剪力墙上下层洞口不对齐,可以比较准确地对复杂结构进行模拟。如本工程实例,其结构较复杂,应用SATWE来计算分析,可以较贴近实际地反映其受力情况。1.3　地震波选取

按照规范选取符合本工程场地土波动特征的3条波,2条实际强震地震波和1条人工模拟的地震波。本工程采用了PKPM程序中的兰州人工波(图3),TAFT波(图4),天然波TH3TG035(图5)。1.4　结果分析

为了保证结构布置的合理性,需首先控制层位移、周期比、层刚度比、层剪重比、层间受剪承载力、轴压比等参数,详细控制指标见参考文献[4]。

[3]

1　工程实例

1.1　工程概况

　　本工程为红星海世界观12#,位于大连开发区滨海路与7号路交界处,地上32层,地下3层,层高3.0m,建筑总高度90.3m。该建筑物为短肢剪力墙结构,所在地抗震设防烈度7度,建筑场地类别为Ⅱ

收稿日期:2010-06-28;修回日期:2010-07-10

作者简介:孙甜甜(1986-),女,硕士研究生。主要从事新型结构体系的研究。Email:suntiantianhelu@163.com

　增刊孙甜甜等:短肢剪力墙结构弹性时程分析

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图1　标准层结构墙布置图

图5　天然波TH3TG035主方向波形

　　按照抗震规范的要求,对重要的或甲类建筑等

图2　三维整体模型

需进行弹性时程分析补充计算,找出该结构在地震

力作用下的整体受力特征——层位移、层间位移角、弯矩和剪力。计算完成后,需要参照规范分析计算结果,验证结构在设计上是否出现问题。由图6和图7可以看出结构的最大位移和最大位移角都在安全范围内,保证了结构布置的合理性。

图3　兰州波主方向波形

图4　TAFT波主方向波形图6　弹性时程分析位移曲线　60

防灾减灾工程学报第30卷　

图10　弯矩图

图7　弹性时程分析位移角曲线

　　由图9及图10可以看出,按不同的地震波计算得到的结构响应差别较大,主要原因是结构可能遭

受的地震作用存在极大的不确定性、计算中结构建模的近似性、结构的复杂性以及受地震波的加速度峰值、频谱特征、振动持续时间等因素的影响,所以弹性时程分析的结果存在较大的变异性。

2　结语

图8　位移相关指标图

在工程实际应用中时常出现这样的情况:对同一个建筑结构采用时程分析时,由于输入地震波的不同,造成计算结果数倍乃至数十倍之差,所以弹性时程分析在设计过程中只能起到辅助作用。

参考文献:

[1]　容柏生.高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构体系[J].

建筑结构学报,1997,18(6):14-19.

图9　剪力图

[2]　董海棉.高层建筑短肢剪力墙结构设计[J].甘肃科技,

2009,25(10):103.

[3]　SATWE用户手册及技术条件[M].北京:中国建筑科

学研究院PKPMCAD工程部,2008.

[4]　邓夏清.高层结构设计中六个“比”的控制与调整[J].

科学时代,2009,(2):55-58.

[5]　GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].[6]　GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

　　在实际计算过程中需要做到最大位移与平均位移的比值不宜小于1.2,不宜大于1.5,最大层间位移与平均层间位移不宜小于1.2,不宜大于1.5。否则就要对结构设计方案进行更改。在考虑双向地震作用的工况下,由图8可以看出本工程的这两个指标都集中在1.05～1.09之间,符合相关规范的规定,这就保证了主体结构处于弹性受力阶段。

[6]

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