高层平面不规则框架—剪力墙结构的抗震性能的思考

摘 要：在对高层平面不规则框架-剪力墙结构展开分析的基础上，本文结合该类结构的特点和工程实例，对结构的抗震性能展开了分析，并结合分析结果提出了结构的优化措施。

关键词：不规则框架-剪力墙结构；抗震性能；模态分析

1 引言

在高层建筑建设方面，目前大量平面不规则的建设得到了设计，以满足人们的审美需求。但是相较于规则结构的建筑，这类建筑容易在地震中出现结构被破坏问题。因此，还应加强对高层平面不规则框架-剪力墙结构的抗震性能分析，以便实现建筑的合理设计。

2 高层平面不规则框架-剪力墙结构

在高层建筑中，框架-剪力墙结构需要承担大部分水平荷载，能否实现剪力墙结构的合理布置，将对结构整体侧向刚度和抗震性能产生直接影响。如果对结构进行了过多布置，将导致整体侧向刚度增加，同时结构自身重量增加，给结构整体抗震效应带来影响。如果布置过少，就会导致结构的侧向位移增加，不利于结构安全。而高层平面不规则框架-剪力墙结构由于体型复杂，容易出现局部或结构整体上质量与刚度分布不均的情况。所谓的平面不规则，包含扭转不规则、凹凸不规则和楼板局部不连续等情况。在外荷载作用下，结构容易发生扭转变形，导致结构发生局部或整体破坏。因此在地震的作用下，不规则结构更容易出现偶然偏心的问题，造成结构发生扭转破坏。

3 高层平面不规则框架-剪力墙结构的抗震性能分析

3.1 不规则结构动力模型

框架-剪力墙结构发生扭转效应，与结构质量和刚度分布不均存在直接联系。在水平荷载作用下，如果荷载作用于结构刚度中心位置，结构只会产生水平位移，并不会出现扭转效应。如果荷载并未作用于中心位置，就会导致扭转效应的发生。此时，如果某个构件远离刚度中心，就会导致大剪应力的产生，引发剪切变形，继而导致结构遭到破坏。平面不规则框架-剪力墙结构由于结构较为复杂，所以还要建立相应的动力模型，通过分析确定荷载能否作用于结构刚度中心位置，继而确定结构的抗震性能能否满足要求。为减少数值求解时间，还要采用ASP2000软件对结构展开模态分析，从而获得模型结构基本性能参数。结合模型频率、自振周期等参数，可以对结构响应进行判断。如图1所示，为某高层平面不规则框架-剪力墙结构动力模型，模型层高均为3m，共20层，柱间距为6m，梁和柱的截面积分别为300*600和600*600，采用C30混凝土，结构抗震防烈度为8度，场地为II类，阻尼比为0.04。从荷载分布情况来看，楼面恒定载荷为5.0kN/㎡，活载为2.0kN/㎡，梁上拥有10kN/㎡线荷载。

3.2 结构的动力性分析

在对结构的动力性展开分析时，还要采用模态分析法。针对线性结构系统，在地震作用下，通过模态分析可以对结构基本性能参数进行获取，从而实现对结构响应和体系特性的定性分析。采用特征向量法，可以对地震动态响应中未参与的振型进行忽略，仅对荷载都参与的振型展开分析，所以能够得到有关的特征值和向量，实现对结构地震动态响应的准确分析[1]。采SAP2000程序软件展开分析可以发现，在地震作用下，第一振型为平动，Y方向，UX和UY分別为0和0.8124，Rz为0。第二振型为平动，X方向，UX和UY分别为0.7703和0，Rz为0.0425。第三振型则为扭矩，UX和UY分别为0.687和0，Rz为0.0115，满足UX+UY

3.3 结构的抗震性分析

在结构抗震性能分析时，需要采用反应谱分析方法，先对质点的地震响应进行计算，然后通过统计和静力学分析确定结构的抗震性能。地震反应谱为单自由度体系地震最大绝对加速度与结构自振周期的关系，可以利用一组阻尼比相同、自振周期不同的单自由度体系进行分析，得到各体系加速度和自振周期关系，确定地震作用大小[2]。从反应谱分析结果来看，在双向地震作用下，模型在X方向上产生的最大位移位于第8层，△X达到了5.49mm；Y方向上产生的最大位移在第11层，△Y达到了4.21mm。而X方向和Y方向上的最大顶点位移分别为83.11mm和69.85mm，层间位移角在X方向上超出限值的为4-14层，最大为1/601，在Y方向上超出限值的为9-13层，最大为1/783。由此可见，在两个方向的上部分，该框架-剪力墙结构层间位移角均超出了限制，不符合相关规范规定的1/800限值要求。

3.4 结构动力响应分析

在地震波和结构恢复力确定的情况下，对结构在动力载荷作用下的响应大小展开分析，可以确定地震中结构的位移、加速度等情况。针对不规则建筑，按照相关规定，需要对多遇地震下结构的弹性时程展开分析。在分析的过程中，还要将地面最大加速度设定为35cm/s2，然后按1：0.85双向地震作用进行输入，次方向峰值加速度设定为29.75cm/s2，阻尼比设定为0.05，特征周期则为0.35s。从得到的分析结果来看，在地震作用下，模型在X和Y向上的最大位移分别为83.91mm和70.21mm，最大位移角分别为1/566和1/638。从分析结果来看，还要对高层平面不规则框架-剪力墙结构进行优化，确保结构抗震性能可以满足规范要求。

3.5 结构优化分析

结合抗震性能分析结果和建筑结构可知，之所以建筑结构抗侧刚度无法满足要求，主要是由于结构剪力墙仅布置在电梯井附近。从框架-剪力墙结构布置原则上来看，应当使剪力墙布置做到分散、均匀和对称，不规则结构应在结构薄弱位置布置。此外，在确保剪力墙有一定延性的同时，应当将长度控制在8m内。为实现结构优化，还要在结构四周完成剪力墙的均匀布置，以便使结构的抗侧刚度得到增强[3]。完成结构优化后，对结构抗震性能进行重新分析可以发现，在双向地震作用下，结构在X和Y方向上的最大顶点位移分别为48.13mm和40.21mm，最大层间位移角分别为1/1011和1/1237，因此可以满足规定要求。

4 结论

通过分析可以发现，针对高层平面不规则框架-剪力墙结构，还要加强结构抗震性能分析，以便确定结构是否会发生扭转破坏，从而为建筑施工建设提供更多安全保障。在实际分析过程中，还要采用模态分析、反应谱分析等方法，以便从水平和竖直两个方向对结构位移情况展开分析，继而更好的实现结构抗震性能的判断。

参考文献：

[1] 郝嵘，姚文聪，孙华敏等.某超高层框架-剪力墙结构抗震性能化设计[J].建筑结构，2017（19）：77～81+92.

[2] 易伟建，朱敏.高层钢筋混凝土框架-剪力墙结构抗震性能研究[J].地震工程与工程振动，2016（6）：160～170.

[3] 李云峰，张风风，李赢涛.剪力墙的布置高度对框架-剪力墙结构抗震性能的影响[J].中国科技论文，2016（1）：53～57+70.