底部加强异形柱框架结构的弹性时程分析
摘要：本文针对异形柱框架常见的底部薄弱的问题，对异形柱框架的底部一层采用矩形柱和宽肢异形柱进行加强。
通过SAP2000结构分析软件对纯异形柱框架及底部一层采用矩形柱和宽肢异形柱的框架进行弹性时程抗震分析，对比分析结果表明底部加强后的异形柱框架层间位移和震动幅度明显减小，各层刚度分布更加均匀，有利于结构抗震。
毕业论文网 关键词：底部加强；异形柱框架；宽肢异形柱；时程分析 Pick to: When it comes to common weak of the bottom of the special—shaped columns framework, we need to strengthen the layer of the rectangular column and wide limb special—shaped columns at the bottom of the framework. Through elastic schedule seismic analysis of SAP2000 structure software to pure special—shaped columns and layer of the rectangular column ,wide limb, The results are that bottoms after strengthening special—shaped columns framework of displacements and vibration amplitude obviously decreases, and each layer of stiffness distributes more uniform, which is very helpful for structure seismic. Key words: the bottom strengthen; Unusual column frame; Wide limb special—shaped columns; Time history analysis 中图分类号： TU352文献标志码：A 近年来异形柱框架结构在住宅建筑中的广泛应用较好的解决了矩形框架柱棱角外露的问题。
其不但可以美化建筑使用空间，提高实际使用面积，也更有利于家具的布置和后期装修时对平面的重新分隔[1]。
但这种结构形式给结构抗震带来了诸多难题，其中底部薄弱层的产生便是一个主要的问题。
对于沿街住宅楼，如需在底部设置加大层高且减少填充墙的商铺时其底部薄弱问题将更加突出，此时采取一定的底部加强措施，比如将底部若干层加大柱截面也是必要的。
另一方面对于填充墙较少的底部商铺，采用传统的矩形、圆形柱[2]将比异形柱更好的满足建筑设计的要求。
1 分析模型 本文分析模型取自7度区某异形柱框架结构的沿街住宅楼建筑平面，经适当简化后建立了7层异形柱框架结构分析模型，分别为纯异形柱框架（模型一）、底部一层采用矩形柱的异形柱框架（模型二）和底部一层采用宽肢异形柱的框架（模型三），三个模型二层以上平面完全相同。
层高考虑底层沿街商业要求均设为3.6+2.9621m，总高度满足混凝土异形柱结构技术规范中对于7度区异形柱框架结构的高度限值[3]。
各模型平面简图见图1—图3所示，标准层异形柱截面及配筋详图见图4所示。
混凝土强度均为C40。
楼面恒载取4.0kN/，活荷载取2.0kN/，框架梁截面取250550，梁恒载按轻质砌块考虑取6kN/[4]。
梁柱配筋采用钢筋混凝土异形柱结构计算配筋软件CRSC[5]的计算结果。
图1 标准层（含模型一底层）平面图 图2 模型二底层平面图 图3 模型三底层平面图 图4标准层异形柱详图 2 分析结果 2．1 模态分析结果 模态分析是基于振型叠加方法的动力分析[6]，是针对弹性阶段结构地震分析的常用且有效的方法，也是进一步动力分析的基础[7]，本文利用模态分析了解各模型在前三个主振型的自振周期。
结果对比见表1,经对比可得底部加强的异形柱框架其前三个自振周期均有不同程度的减小，底部一层采用矩形柱时（模型二）其增强效果较底部一层采用宽肢异形柱的框架（模型三）更加明显。
表1 三种模型自振周期/s 振型 1 2 3 模型一 0.696 0.642 0.605 模型二 0.664 0.615 0.577 模型三 0.685 0.635 0.591 2．2 弹性时程分析 2．2．1 分析条件 对结构进行地震时程反应分析时应输入真实强震记录波或人工模拟波衍生出的加速度时程波[8]。
对于本文进行的多遇地震作用下结构的弹性时程分析，应按照建筑结构抗震设计规范输入时程分析的最大加速度，对于7度区多遇地震取35cm/。
地震波采用真实强震记录波EI centro南北向波，需将其峰值加速度由341.7cm/调整到35cm/[9]，此调整可通过在SAP2000时程函数定义中的scale factor项输入值0.1来近似实现。
将地震波的输出步数定为500步，每步间隔0.02s，则共输出时长10s的时程曲线。
2．2．2时程分析结果对比 表2和图5所示为运行弹性时程分析工况后三种模型的最大位移结果。
表2 三种模型层间最大层间位移/mm 楼层 模型一楼层层间最大位移 模型二楼层层间最大位移 模型三楼层层间最大位移 七 0.66 0.67 0.75 六 0.96 0.97 1.09 五 1.26 1.25 1.40 四 1.50 1.47 1.63 三 1.60 1.59 1.70 二 1.63 1.51 1.47 一 1.42 0.96 0.76 图5三种模型最大层间位移值对比图 由表2和图5可知，纯异形柱框架（模型一）的层间位移各层均值为1.29mm，底部一层采用矩形柱的异形柱框架（模型二）的层间位移各层均值为1.20mm，底部一层采用宽肢异形柱的框架（模型三）的层间位移各层均值为1.26mm，模型二和模型三较模型一分别下降7%和3%。
对于抗震设计中关注的底部薄弱问题，模型二和模型三的底层位移分别为0.96mm和0.76mm，较模型一的底层位移1.42mm分别下降32%和56%；模型二和模型三的二层位移分别为1.51mm和1.47mm，较模型一的二层位移1.63mm分别下降7%和10%。
上述层间位移的最大值出现在模型三的三层位置，为1.70mm，相应层间位移角为1/1706，满足异形柱设计规范[10]的要求。
表3 异形柱结构弹性层间位移角限值 结构体系 [] 异形柱框架结构 1/600 异形柱框架—剪力墙结构 1/850 图6和图7所示为三种模型底层和顶层左下角柱节点的位移时程曲线 图6三种模型一层角柱节点时程位移曲线 图7三种模型七层角柱节点时程位移曲线 由上图可得模型二和模型三在底部的震动幅度较模型一明显减小，在顶部模型二和模型三较模型一略有减小。
3 结语 上述对比可以看出，弹性阶段经底部一层抗侧刚度加强后的异形柱框架其层间位移和震动幅度明显减小，其楼层实际位移略有减小，与纯异形柱框架相比底部薄弱问题得到明显改善。
对比模型二和模型三可得，两种底部加强方法效果相差不大，模型三的底层最大层间位移值要略小，但考虑到本文工程实例为填充墙较少的底层商铺，矩形柱比宽肢异形柱在满足建筑功能上有明显优势，可优先选用底部矩形柱的加强方法。
底部一层抗侧刚度加强后其最薄弱层必将由一层向二层或三层以上转移，该问题有待进一步研究解决。
参考文献： [1] 郑汉兵，曹万林，宋文勇等．底部矩形柱上部异形柱框架结构弹塑性地震反应分析[J]. 世界地震工程，2003，19(2)： 116—117. [2] 曹霏．钢筋混凝土异形柱框架结构抗震性能研究[D]．阜新： 辽宁工程技术大学，2007：3—4 [3]JGJ149—2006,混凝土异形柱结构技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006．10—11 [4] 王文达，朱彦鹏等．异形柱框轻结构体系在多高层住宅中的设计及应用[J]. 工业建筑，2003，11(2)： 56—58. [5] 严士超，王依群等．异形柱框轻住宅结构设计规程与计算软件[J]. 建筑节能，2002，11(5)： 45—47. [6] 中国建筑标准设计研究院．SAP2000中文版使用指南 [M]．北京：人民交通出版社，2006：284 [7] 徐赵东．土木工程常用软件分析与应用(MATLAB—SAP2000—ANSYS)[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010：260 [8] 彭俊生．结构动力学抗震计算与SAP2000应用[M]．成都：西南交通大学出版社，2007：218 [9]GB50011—2010,建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2010．32 [10]JGJ149—2006,混凝土异形柱结构技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006．21—22 注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。