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不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析

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 歷次地震的震害經(jīng)驗表明,建筑結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則性對結(jié)構(gòu)的抗震性能有重要影響。因此,對不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震性能我們應(yīng)該提出更高的要求。

  0 引言

  隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步,人們對建筑功能和建筑美學(xué)的要求不斷提高,我國出現(xiàn)了越來越多型體復(fù)雜、結(jié)構(gòu)不對稱的建筑,而且不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸成為建筑發(fā)展的新趨勢。近年來,我國歷經(jīng)了多次地震的重創(chuàng),歷次地震的震害經(jīng)驗表明,建筑結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則性對結(jié)構(gòu)的抗震性能有重要影響。平面較規(guī)則的結(jié)構(gòu)在地震作用下扭轉(zhuǎn)反應(yīng)較小,損傷較輕;而不規(guī)則、不連續(xù)的結(jié)構(gòu)平面布置所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞是相當(dāng)嚴(yán)重的。因此,對不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震性能我們應(yīng)該提出更高的要求。

  1 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)反應(yīng)的原因及判定

  1.1結(jié)構(gòu)本身不規(guī)則結(jié)構(gòu)本身的不規(guī)則包括三個方面:第一是樓層質(zhì)心的偏移,這是由于質(zhì)量分布的隨機(jī)性造成的,主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)自重和荷載的實際分布變化,質(zhì)量中心與結(jié)構(gòu)的幾何中心不重合,存在一定程度的偏離;第二,由于施工工藝和條件的限制、構(gòu)件尺寸控制的誤差、結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的變異性、構(gòu)件受荷歷程的不同、構(gòu)件實際的邊界條件與設(shè)想的差別等因素,使剛度存在不確定性,造成的剛度中心偏移;第三是結(jié)構(gòu)剛度退化的不均勻,當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段時,本來是規(guī)則對稱的結(jié)構(gòu),也會出現(xiàn)隨變形形態(tài)而變化的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。例如,結(jié)構(gòu)某一角柱進(jìn)入彈塑性狀態(tài),它的剛度較彈性階段時小,而其他的角柱可能仍處于彈性階段,這時,剛度分布在結(jié)構(gòu)平面內(nèi)發(fā)生了變化,導(dǎo)致剛度不對稱,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。

  1.2扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的判定建筑結(jié)構(gòu)的平面不規(guī)則性大致可以分為三種:一是平面形狀不規(guī)則,也稱為凹凸不規(guī)則;二是樓板局部不連續(xù),連接較弱;三是抗側(cè)力體系布置引起的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。國內(nèi)外的建筑規(guī)范都是從不規(guī)則結(jié)構(gòu)的震害實際調(diào)查著手,考慮地震作用的不確定性和地震效應(yīng)計算的不完整性,對結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性給出了判別的準(zhǔn)則。在這三種不規(guī)則性中,平面形狀不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)的判別比較直觀。而扭轉(zhuǎn)不規(guī)則,是結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則最重要的控制指標(biāo),需要進(jìn)行分析計算來判別。

  1.3判定指標(biāo)--位移比值由不規(guī)則結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)特征入手,通過分析質(zhì)量和剛度平面分布,確定結(jié)構(gòu)反應(yīng),計算扭轉(zhuǎn)變形與側(cè)向變形的相對大小,通過扭轉(zhuǎn)位移比值來判別結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性。如果結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)變形太大,會造成邊緣構(gòu)件變形過大,進(jìn)而過早的進(jìn)入破壞狀態(tài),造成局部倒塌繼而可能引起整體結(jié)構(gòu)倒塌,這樣的破壞機(jī)制難以實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的延性,對結(jié)構(gòu)抗震十分不利。因此,控制扭轉(zhuǎn)位移比值是需要我們高度重視的工作之一。

  2 我國不規(guī)則結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法

  針對不規(guī)則結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計主要有地震反應(yīng)分析方法和構(gòu)造措施兩個方面。我國現(xiàn)行規(guī)范采用扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振型分解反應(yīng)譜法時,考慮了結(jié)構(gòu)的實際偏心,但沒有考慮結(jié)構(gòu)的偶然偏心;只有在計算地震扭轉(zhuǎn)作用時考慮結(jié)構(gòu)的偶然偏心。我國通常采用的抗震設(shè)計方法有:①等效靜力法;②振型分解反應(yīng)譜法。

  在采用振型分解反應(yīng)譜方法計算地震作用效應(yīng)時,對于單向水平地震效應(yīng)組合方法,我國新建筑規(guī)范中增加了考慮兩個主軸方向同時施加地震作用,以及雙向水平地震作用效應(yīng)的組合,即取一個方向100%的值與另一個方向85%的值的“平方和平方根組合”。由此可見,我國對建筑結(jié)構(gòu)抗震性能提出了越來越高的要求。

  3 不規(guī)則結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析與評估

  3.1振型分解反應(yīng)譜法分析振型分解反應(yīng)譜法是利用單自由度體系反應(yīng)譜和振型分解原理,解決多自由度體系地震反應(yīng)的計算方法,它考慮了結(jié)構(gòu)動力特性與地震動力特性之間的關(guān)系,通過反應(yīng)譜來計算由結(jié)構(gòu)動力特性所產(chǎn)生的動力反應(yīng)。反應(yīng)譜曲線是以周期為橫軸,反應(yīng)為縱軸的反應(yīng)周期關(guān)系曲線。

  3.2振型分解反應(yīng)譜法優(yōu)點振型分解反應(yīng)譜法考慮了地震強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)物的動力特性,以及建筑場地和震中距的影響。早在五十年代反應(yīng)譜法就廣泛地為各國建筑規(guī)范所采用,而且至今仍然是我國和世界上許多國家結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范中地震作用計算的理論基礎(chǔ)。此外,由于反應(yīng)譜是根據(jù)國內(nèi)外大量地震記錄計算出的單質(zhì)點系最大地震反應(yīng)而繪制出的,從統(tǒng)計理論角度能較確切地給出結(jié)構(gòu)在其使用期內(nèi)遭遇地震的最大反應(yīng),相對在定量上較為可靠,這正是反應(yīng)譜法的突出優(yōu)點。

  3.3振型分解反應(yīng)譜法評估雖然反應(yīng)譜法有著理論成熟、計算簡單的優(yōu)點。然而,由于其實質(zhì)上的局限性,反應(yīng)譜法有如下不足之處:

 ?、俜磻?yīng)譜雖然考慮了結(jié)構(gòu)動力特性所產(chǎn)生的共振效應(yīng),但在設(shè)計中仍然把地震慣性力按照靜力來對待,所以反應(yīng)譜理論只是一種準(zhǔn)動力理論;

  ②地震動的三要素是振幅、頻譜和持續(xù)時間,在制作反應(yīng)譜過程中只考慮了地震動的前兩個要素--振幅和頻譜,未能反映地震動持續(xù)時間對結(jié)構(gòu)破壞程度的重要影響;

  ③反應(yīng)譜是根據(jù)彈性結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)繪制的,只能籠統(tǒng)地給出結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)的結(jié)構(gòu)整體最大地震反應(yīng),不能給出結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的全過程,更不能給出地震過程中各構(gòu)件進(jìn)入彈塑性變形階段的內(nèi)力和變形狀態(tài),因而也就無法找出結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。因此,如何彌補(bǔ)振型分解反應(yīng)譜法的不足,是我們在未來工作中需要研究、探討和解決的關(guān)鍵問題。

  4 結(jié)語

  由于地震作用的不確定性,以往大量的計算結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)對不同地震波的反應(yīng)差別很大,致使計算結(jié)果,即彈塑性位移和內(nèi)力值相差數(shù)倍甚至十幾倍之多。為充分估計結(jié)構(gòu)在未來地震作用下的最大反應(yīng),以確保結(jié)構(gòu)的安全,采用振型分解反應(yīng)譜法對高層建筑進(jìn)行抗震設(shè)計時,有必要選取四條典型的具有不同特性的實際強(qiáng)震記錄或人工地震波作為設(shè)計用地震波,分別對結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性反應(yīng)計算,然后取其平均值或最大值作為構(gòu)件截面設(shè)計的依據(jù)

發(fā)布:2007-07-27 12:40    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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