带高位钢桁架转换层框剪结构的弹性抗震性能浅议

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1、带高位钢桁架转换层框剪结构的弹性抗震性能浅议周婷(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都610081)摘要：为研究高位钢桁架转换层框剪结构的抗震性能，对一实例工程进行简化，建立SAP2000三维有限元分析模型，进行动力分析，探讨地震作用下高位钢桁架转换层框剪结构的一些特殊性质。给出了此类结构的抗震设计建议。关键词：钢桁架转换层；框剪结构；模态分析；反应谱分析；时程分析中图分类号：TU313文献标识码：B文章编号：1672—4011(2010)02—0034—031前言在复杂高层结构设计中，钢桁架转换层结

2、构可以实现大跨度转换，具有传力途径明确、结构自重和抗侧刚度比转换梁小、结构开洞和设置管道方便等优越性，同时在建筑卜可以获得优异的建筑艺术效果和建筑功能；但是该结构形式亦使得结构受力机理复杂，力学计算难度增大。由于带钢桁架转换层建筑结构在钢桁架转换层所在楼层刚度可能远大于其下一层，这不可避免地带来结构刚度和应力在竖向的突变，并由此而可能形成结构薄弱层，刚度突变破坏了传统高层抗震分析方法中的“糖葫芦串法”和“连续性方法”所必须依赖的沿高度方向各楼层刚度较为均匀的假设。本文以一已建工程为背景，通过有限元计算软件

3、SAP2000作为理论计算手段建立三维模型，尝试分析了地震作用下，弹性阶段的结构周期、振型、位移及剪力的变化，考察地震荷载作用下结构的工作性能，并提出了钢桁架转换层结构设计中应注意的问题。2计算模型2．1工程概况本文背景工程为一栋16层带钢桁架转换层的框架剪力墙结构办公楼，结构总高度69．6m。其下部5层为了获得大空间抽掉一排柱，在6层至7层之间设跨长16．4m转换桁架，形成16m宽20m高的大门洞。本工程位于成都市区内，根据《建规》附录A，成都市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0．10g，设计

4、地震分组为第一组。’H州飞。阡州卜+刊bzThz8，，型萼1EI斗刊l衅z71zgZ7E．}d十卜l卜Z2z91z10ZllI、卜．k卜一．IL一《矗虚裔正裔《诗《D6圈1转换层上部楼层平面困圈2转换屡所在楼层平面图。，毕斧斗刊I．1P：’槲卜Cl1一Clr

5、{1．十一．_L_L图3转换层下部楼层平面图图4转换桁架详图结构平面布置及钢桁架转换层详图如图l一4图所示，转换梁为800mm×l200mm，框支柱为11120×1100mm。混凝土等级为：柱C,40、C50，梁C30、C35，墙C40，板C30。2

6、．2结构建模本文实例结构属于平面不规则结构，为避免误差过大。本文建立三维有限元计算模型进行分析。建模过程中做了以下考虑和简化：(1)在建立有限元模型时，不考虑地下室的作用，模型在首层嵌固；(2)梁、柱和钢桁架杆件采用可考虑节点刚域的两节点(每节点有6个自由度)空间粱单元，其中钢桁架腹杆单元释放3个转动自由度，使其成为拉压杆；(3)考虑到工程的复杂性，楼板不宜假定为绝对刚性，以避免较大的误差，为了保证计算分析的准确性，采用高精度的板壳单元模拟结构楼板和剪力墙；(4)忽略了隔墙对结构剐度增加的有利影响，以及楼

7、板和剪力墙开洞的不利影响；(5)楼板单元划分较密，以达到理想的精度。3转换桁架上、下结构等效侧向刚度比等效侧向刚度比是影响带转换层结构的高层建筑抗震性能的重要指标之一，为验证模型刚度是否满足要求，本文参考《高规》对计算等效侧向刚度比的模型要求，采用三维空间模型，计算了结构转换桁架上、下结构等效侧向刚度比，x向^r。=1．0864，Y向1。，=0．9850。由计算结果可以看出，对于结构x肉、Y向，转换板上、下结构等效侧向刚度比小于1．3，符合高规的限值。4基本动力特性对模型进行模态分析，本文采用SAP200

8、0分析时，考虑到结构为复杂高层建筑，模态的提取数量为30个振型。得到结构的基本动力特性如下：4．1结构自振周期．结构30个自振周期分布情况见图5，前6个周期如表l所示。图5模型各阶自振周期表1模型的自振周期表(s)振璋!SA}鬯000主要振动办向T11．244429Y向一阶弯曲T21．23208X向一一阶弯曲13o．673414绕z轴一阶扭转T40．302908Y向二阶弯曲T5O．275034X向二阶弯曲T60．249675竖向一阶平动结构前5个振型，除第3阶振型以整体扭转为主外，其余振型都以侧向弯曲为丰

9、，结构第六振型开始均以竖向振动为主，其中转换桁架在框支柱区域竖向振动位移明显，这主要是由于托柱转换桁架跨度较大，下剪力墙布置距离过大造成的。4．2振型参与系数籁垛F舔副联足×圈6振型参与系数(N·S2)振型参与系数是一个蕈要的结构动力性能指标，它反映在地震加速度一定的情况F，它对应的振型对地震反应贡献的大小。图6为计算模型在x和Y方向前30阶的振型参与系数分布图。从图中看出，高阶振型对结构的影响都比较大。5动力分析结果本为采用