某高层剪力墙住宅结构减震分析与设计

某高层剪力墙住宅结构减震分析与设计

第41卷第1期2011年1月建筑结构BuildingStructureVol.41No.1Jan.2011

某高层剪力墙住宅结构减震分析与设计

闫维明，王瑾，张向东，苏亮，王维凝

（北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京100124）

*

［摘要］将铅剪切阻尼器应用于某高层剪力墙住宅结构的减震分析与设计中，经过多次试算分析得到了阻尼器的优化布置方案。小震下的弹性时程分析和大震下的静力弹塑性分析结果表明，铅剪切阻尼器的减震率达到了40%，可以使该结构的抗震能力约提高1度。对布置阻尼器后的结构竖向承载力进行了验算，并对有关部位、附加剪力墙配筋和预埋件进行了设计。

［关键词］耗能减震；剪力墙；住宅结构；铅剪切阻尼器中图分类号：TU318.83

文献标识码：A

848X（2011）01-0059-04文章编号：1002-

Energydissipationanalysisanddesignofatallresidentialbuildingwithshearwalls

YanWeiming，WangJin，ZhangXiangdong，SuLiang，WangWeining

（BeijingKeyLabofEarthquakeEngineeringandStructuralRetrofit，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，China）Abstract：Theleadsheardamperswereusedinatallresidentialbuildingwithshearwallstoreducetheearthquake-inducedvibration.Theoptimumpositionsandtheamountofthedampersweredeterminedthroughseriescalculations.Theresultsofthelineartime-historyresponseanalysisunderfrequentearthquakesandthenon-linearstaticpushoveranalysisunderrareearthquakesshowthattheresponsesofthebuildingcanbereducedby40%.Theverticalload-carryingcapacityofthestructurewaschecked，andthelinkingareasandthecorrespondingembeddedpartsweredesignedaswell.Keywords：energydissipation；shearwall；residentialbuilding；leadsheardamper

0引言

目前主流的结构抗震设计对策仍然是采用延性

究。通过增设铅剪切阻尼器的方法使之抗震能力提同时对布置阻尼器后的结构进行了承载高了1度，

力验算和一系列的设计，为阻尼器在住宅结构中的应用开拓了新的思路，对耗能减震技术在住宅结构中的应用具有一定的推动作用。1

工程概况

该项目位于四川省成都市，为高层住宅楼，其地下2层，地上28层，地面以上房屋高度为85.4m。地下层2层高为3.6m，地下层1层高为5.4m，地上层1层高为4.4m，其余楼层层高均为3m。该建筑地下为车库，采用钢筋混凝土剪力墙结地上为住宅，

构。主要构件材料如表1所示。

结构主要构件材料

构件梁板、楼梯

基础板顶～地上层5板顶

剪力墙、柱

地上层5板顶～地上层11板顶

地上层11板顶以上

混凝土C30C30C40C35C30

HRB335

结构体系，通过增大构件截面尺寸、增强配筋，依靠以此来实主体结构自身的抗震性能消耗地震能量，现规范规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防要求

［1］

，“硬抗”。由于结构未这是被动消极的

来可能遭遇的地震动的强度等特性无法准确估计，这样设计的结构不仅不经济，而且抗震安全性有时也难以得到保证

［2］

。

土木工程结构的减震控制则是通过在结构上附加某种装置，积极主动地减轻或抑制结构的地震反应，以达到保护主体结构的目的，是20世纪七八十年代以来地震工程界的研究热点

［2］

。阻尼器技术

表1

钢筋HRB400HRB335

作为工程结构减震技术的一个重要方面已经广泛应用于工业建筑和大型公共建筑。但对于大量的住宅建筑，尤其是混凝土住宅结构，阻尼器的应用还亟待推广，主要原因是结构的变形小、使用功能复杂，使得阻尼器的选型和安装位置受到很大的限制；另一方面，住宅结构要求阻尼器具有良好的耐久性和维护的简洁性，但目前工程中应用较多的粘滞阻尼器尚存在一定的不足。铅剪切阻尼器具有构造简单、耗能性能良好、无需维护、在微小变形下即可发挥作用的特点，适宜在住宅结构中使用

［3，4］

建筑标准层剪力墙厚度为250mm，框架柱截面尺寸为500mm×500mm，框架梁截面尺寸为250mm

。

*国家科技支撑计划课题（2006BAJ03B06），高等学校博士学科点专项科研基金（20060005004），北京市属市管高校八才强教计划资助项目。

Email：yanwm@。作者简介：闫维明，教授，博士生导师，

以一栋高层剪力墙住宅结构为例，对铅剪切阻尼器在混凝土结构中的应用进行了较为深入的研

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图5铅剪切阻尼器

立面布置图

图2铅阻尼器

双线性滞回模型

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应与振型分解反应谱法采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。工程选取二条实际强震记录和一条人工模拟地震波，实际强震记录选取ElCentro波和呼家楼波，人工波根据场地类别和地震分组生成。人工波的加速度时程和相应的幅值谱见图6。2.3.2减震效果分析

在针对每一轮方案确定的阻尼器位置和出力，ETABS中布置阻尼器的平面和竖向位置，并在所选地震波作用下进行多遇地震下的弹性时程分析，检验加阻尼器后各层的层间位移角是否小于在多遇地震时的剪力墙结构的层间位移角限值1/1000。若满足要求，则进行大震下弹塑性分析。在罕遇地震下的弹塑性变形验算通过MIDAS中的Pushover进行分析。规范规定钢筋混凝土剪力墙结构在大震下的弹塑性层间位移角应当小于1/120，以此为控制指标进行大震变形验算。静力弹塑性分析需要估计的等效附加阻尼比，根据相应的计算公式进行。如果小震和大震都能满足层间位移角要求，则该方案基本达到设计要求，二者有一项不满足，则需要增加阻反复计算，直到达到规范要求。尼器个数或出力，2.4细部设计

在阻尼器的布置位置最终确定后，需依据结构对原结构的截面进行适当调整。要轴压比的变化，

根据阻尼器的设计出力，对设置处的原相关设计进并对附加墙进行设计，相关预埋件要根据阻行变更，

尼器的出力设计值进行验算。3

最终方案减震效果和设计

按照前文所述的方法，经过多次试算，逐步确定阻尼器的布置位置及个数，得到结构的时程分析结果。通过对8度多遇地震时程分析的结果进行对比可知，结构在增设阻尼器后，各层的层间位移角明显减小，在三条地震波作用下的平均减震率（减震前后结构的地震反应之差与减震前结构地震反应的比Y向达到53.7%。加阻尼器值）X向达到47.3%，

后各层的层间位移角在多遇地震下基本都控制在1/1000以内。具体的对比分析结果见图7～9。3.2罕遇地震作用下的减震效果

依据计算得到的阻尼器给结构附加的阻尼比为7.5%。依据此值进行Pushover分析，结果表明，结构满足8度罕遇设防的水准，如图10所示。塑性铰分布如图11所示。3.3承载力验算

阻尼器的布设可能使原结构的受力发生变化，因此需要对结构的承载力进行验算。经验算，底层

部分开洞部位剪力墙轴压比超过了抗震等级为二级

3.4结构局部部位设计

根据ETABS软件计算得到的剪力墙截面配筋面积，对布置阻尼器后的结构重新进行配筋设计，配除布置阻尼器位置配筋筋结果与原结构对比发现，面积增加较大外，其他部位配筋变化不大。

3.5附加剪力墙设计

将阻尼器布置位置处的附根据加剪 …… 此处隐藏：2962字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……