多层大板大开间住宅的抗震性研究_secret

1、Abstract: This paper describes the seismic research on a multi-storey structural system. This house is more accommodated with the developmental demand of people.Key words: prestressed large spanseismic analysistime history analysis一、概述我国住宅的现状是以解决生存空间为目的的“安置型”住宅消费为主，还谈不上住宅的“个性化”。房屋的 HYPERLINK /Constr

2、ucture/Index.html t _blank 结构和住户的期望要求存在着一定的差距，用户只能被动的根据已建套型来改造自己的房屋，而无法随心所欲的装修布置，这势必会造成住宅的精神老化加速。建设部在对我国未来房地产市场前景的分析报告中提到，我国居民对现住房的满意率还不到20，约有48的居民提出在两三年内愿意换购住房，已购公房户中也有67希望通过换购住房来改善居住条件和环境，住宅的使用寿命逐年降低。从中不难看出，住户居住的满意率较低导致住宅的新陈代谢加快，这与国家现在大力提倡的“节能”是背道而驰的。让用户根据自己的情况决定住宅套型，并且能随时更换改装，是解决这一问题的可行之法。住宅不仅要能满

3、足一个时期的一种需要，还要能够根据不同时期适应不同的需要，这才是未来住宅发展的一个趋势。多层大板大开间住宅符合住宅 HYPERLINK /Article/Index.html t _blank 建筑“以人为本”、“住户参与设计”的要求，因而具有广泛的应用前景。本住宅的 HYPERLINK /Constructure/Index.html t _blank 结构平面图如下: 本 HYPERLINK /Constructure/Index.html t _blank 结构共6层，高16.8m，X向:25m,Y向:63.5m。二、用时程分析法对结构进行抗震分析。该工程设防烈度为7度，场地类别为类，设

4、计地震分组为第二组，区域为近震，设计基本加速度值为0.10g。对于地震波的选取，规范规定，进行结构的时程分析时，一般先按照 HYPERLINK /Article/Index.html t _blank 建筑物所在的场地类别、设防烈度、设计地震分组等因素，选取不少于两条的实际强震加速度时程记录曲线和一条人工模拟的加速度时程曲线，作为设计用的地震波输入，其平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。因此，本结构在设计时根据场地情况采用了EL-Centro,南京波与上海人工波，取X、Y双向输入，按规范7度抗震时时程分析所采用的地震加速度时程曲线的最大值（多遇地震

5、为35cm/s2，罕遇地震为220cm/s2）来调整输入波的峰值。1.数值分析模型由于本结构需同时考虑X、Y方向的地震作用，我们提出了一种新型的结构模型，如上图所示，此住宅的居住部分和 HYPERLINK /transportation/Index.html t _blank 交通部分是分开的。住宅主体在X、Y方向上为完全对称的大板大开间结构，这样可以大大提高结构的抗震性能，增强结构的抗扭转能力，同时也是为了方便施工的需要；楼梯部分采用框架结构。对于住宅主体部分，我们把梁、柱划为杆单元，板划分为刚性楼板单元，一般节点按刚结点考虑，同时作了如下假设:1）假定地基为刚性的，对上部结构没有影响；2）

6、阻尼矩阵是质量矩阵和刚度矩阵的线性组合，即比例阻尼；3）假定楼层的全部质量集中于楼板上，且楼层刚度在平面内无限大；4）总刚度矩阵随位移和时间的变化按恢复力模型进行调整。2.数值分析计算结果（采用SAP2000V9进行计算分析）（1）结构自振周期及频率X向Y向StepTypeStepNumPeriodCircFreqStepTypeStepNumPeriodCircFreqMode10.826357.6035Mode10.7465078.4168Mode20.3883916.178Mode20.29983520.955Mode30.26957923.307Mode30.23568726.659M

7、ode40.16078239.079Mode40.13213547.551Mode50.13630546.097Mode50.09999362.836Mode60.07720281.386Mode60.06863991.539自震周期数值和小柱网框架住宅类似。（2）弹性阶段（小震）结构在地震荷载作用下的结构位移、底层最大剪力和底层最大弯矩。层间位移（mm）X方向Y方向层数ELSHNJELSHNJ层位移层位移层位移层位移层位移层位移12.02.92.41.62.02.023.04.03.62.53.33.332.93.83.32.33.13.342.53.33.02.02.62.851.92.4

8、2.31.61.92.061.21.31.30.51.11.1楼层最大位移为4.0mm，为总高度的1/4200，楼层最大层间位移角为1/700，小于规范1/550的限值。注：EL指EL-Centor 波，SH指上海人工波，NJ指南京波。层间位移（mm）X方向Y方向层数ELSHNJELSHNJ层位移层位移层位移层位移层位移层位移12.02.92.41.62.02.023.04.03.62.53.33.332.93.83.32.33.13.342.53.33.02.02.62.851.92.42.31.61.92.061.21.31.30.51.11.1楼层最大位移为4.0mm，为总高度的1/42

9、00，楼层最大层间位移角为1/700，小于规范1/550的限值。注：EL指EL-Centor 波，SH指上海人工波，NJ指南京波。底层柱地震作用下的水平剪力（KN）（X）、（Y）分别代表X，Y方向柱EL（X）SH（X）NJ（X）平均值EL（Y）SH（Y）NJ（Y）平均值Z141.2059.7052.2451.0423.9626.3728.8226.38Z27.9410.669.229.2729.7632.9035.9932.88Z33.723.352.883.3230.0033.2636.4333.23Z411.4411.898.6410.6729.9133.1936.3833.16Z841.

10、2059.7052.2451.0529.9233.2036.3933.17Z97.9410.669.229.2730.1333.3736.5433.35Z103.723.352.883.3223.6026.3728.4426.14Z1111.4411.898.6410.6710.2911.0111.9111.07Z1567.1295.7784.1682.359.5310.2011.0110.25Z1617.5918.3713.4716.4810.2911.0111.9111.07框架剪力339.51472.49408.03406.68394.56437.32477.98436.62总剪力310

11、.65386.15528.53456.43424.67469.54512.81469.01框剪/总剪87.3%87.9%89.4%89.4%92.9%93.1%93.2%93.1%注:框架剪力是指柱在框架方向所受的水平剪力，其余为柱在与板相连方向所受的水平剪力。在时程分析中，其X和Y向的框架剪力/总剪力均大于75%，即框架承受75%以上的地震作用，所以，此结构属于框架结构，其抗侧力体系是框架结构，在设计该住宅体系时，使框架结构的抗侧力强度达到承受100%水平地震作用的要求。非框架结构客观上承受少量的地震作用，可视为安全储备。在设计计算时应使框架柱的强度达到承受全部地震作用。经验算,用时程分析法

12、所求得的底层柱剪力与用振型分解反应谱法求得的剪力相差不超过20%,满足规范要求。框架底部最大弯矩（KN-m）X方向Y方向柱ELSHNJ柱ELSHNJZ168.3599.6387.22Z147.7953.2158.35Z237.7553.4545.23Z259.4466.4072.89Z320.1922.6717.88Z359.6066.7073.28Z427.1328.6321.03Z459.4866.6373.23Z868.3599.6387.22Z559.5266.6673.25Z937.7553.4545.23Z659.7966.8473.41Z1020.1922.6717.88Z747

13、.4652.9257.99Z1127.1328.6321.03Z1552.7659.4465.23Z15134.98195.83171.76Z1650.7957.5262.91Z1636.9038.9828.73Z1752.7659.4465.23其X方向上最大弯矩的平均为167.52 KN-m（Z15）,Y方向上的最大弯矩的平均值为66.68 KN-m（Z6）。（3）弹塑性阶段（大震）结构变形计算大震作用下的层间位移与转角楼层最大位移为25.5mm，楼层最大层间位移角为1/110，小于规范1/50的限值。X方向Y方向层数ELSHNJELSHNJ层位移层位移层位移层位移层位移层位移1-12.5

14、-18.115.410.0-12.8-12.72-18.7-25.522.115.7-20.3-20.83-18.2-23.821.214.8-19.7-20.54-16.1-20.618.812.1-16.5-17.45-12.0-14.914.18.6-11.9-12.66-7.1-8.78.55.0-6.9-7.3三、楼盖结构。楼盖为四边支撑的大板，大板采用后张无粘结预应力砼板，有利于减轻结构自重及增加抗裂性能。利用四边支撑的有利条件，楼板厚度取跨度的1/50左右，即200mm。楼面恒载:楼板自重5.0KN/m2；装饰层:1 KN/m2 ；单元内灵活分隔的隔墙:2.5 KN/m2。楼面活载按规范要求取2.0KN/m2。采用一般有限元程序均可分析板的变形，应力和内力，以计算板中预应力筋的数量和分布，这里不再累述。一般预应力板的普通钢筋配筋为4.0-5.5 KN/m2，可根据后张法预应力筋的类型以及构造要求进行普通钢筋的配置。四、主要结论。1.该结构在小震作用下的最大层间位移小于1/550，在大震作用下的最大层间位移小于1/50，符合“小震不坏，中震可修，大震不倒”的要求，该结构安全、可靠。2.楼板有足够刚度，平面内的相对挠度很小，符合平面内刚度无穷大的假设