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1算例對比分析

本文設計三個框架分別為十層掉3層3跨、掉4層4跨的框架，及普通框架，對于掉層建筑結構用簡化模型1、簡化模型2分別建模，依次對應記作:33a、33b、44a、44b、00。其中層高均為3米，柱間距均為6米。X向5跨，Y向6跨，取5跨方向的中間一榀框架進行抗震性能對比分析。以下利用ETABS有限元分析軟件采用振型分解反應譜法和靜力彈塑性分析方法對不同的算例進行結構動力特性分析、層間位移分析、內力計算分析、薄弱層分析。

1．1結構動力特性分析通過對以上算例的分析得到不同算例的結構自振周期:由于設計算例X方向跨度小于Y方向跨度，即X向剛度略小于Y向剛度，故普通框架00第一主振型在X方向。而掉層建筑結構第一主振型在Y方向，主要由于掉層部分對X向剛度與Y向剛度均有影響，這種影響隨所掉層數和跨數的不同而有變化，對本算例的影響是Y向大于X向;普通框架00為規則結構，沒有扭轉周期。而掉層建筑結構由于豎向不規則，因此具有較大的扭轉周期;簡化模型1和簡化模型2所對應結構的自振周期較為接近。由于側向支撐的影響，加大了結構的側向剛度，故簡化模型2自振周期略小于相同結構簡化模型1自振周期。

1．2層間位移分析通過分析發現，對于本文算例側向支撐主要限制X方向的側向位移，兩種簡化模型在Y方向的樓層層間位移相差不大，因此主要比較X方向結構層間位移沿樓層變化的曲線，有以下特點:對于模型33a和44a所代表的簡化模型1，掉層部分層間位移小于普通框架相應樓層，而坎以上樓層層間位移則大于普通框架相應樓層。模型33a和44a的最大層間位移在坎以上第一層，說明簡化模型1此處由于結構在坎上下層剛度突變，造成層間位移突變;對于模型33b和44b所代表的簡化模型2，坎以下部分由于假定X向側向位移被約束，故層間位移為零。最大層間位移出現在坎以上第二層。其坎以上部分層間位移的變化趨勢類似于普通框架;模型33a和44a所代表的簡化模型1在坎以上部位的層間位移值均略大于模型33b和44b所代表的簡化模型2在坎以上部位的層間位移值。

1．3內力計算分析通過對兩種簡化模型的梁柱內力圖對比發現，內力變化主要體現在柱上，而接坡處理方式的不同對梁的內力影響較小，本文取X向一榀框架，主要給出柱子內力的計算分析對比結果。利用相對差值公式，即(簡化模型1－簡化模型2)/簡化模型2，算出兩種簡化模型每一層相同柱底內力相對差值比較，結果如下:對于柱底彎矩，簡化模型2坎以下部位剪力大部分由側向連桿承擔，層間剪力較小，故其彎矩值也都較小;簡化模型2坎下底層彎矩值遠小于簡化模型1;簡化模型1坎上接地部分柱子承擔著大部分的內力，而簡化模型2的接地部分的柱子雖然也承擔著比不接地部分較多的內力，但在同一層內各柱受力相對要均勻，故在坎上接地部位的柱底彎矩為簡化模型1大于簡化模型2，而同一樓層內其它柱子彎矩則為簡化模型1小于簡化模型2。且隨所掉層數和跨數的增加這種分布更為明顯。對于坎上更高的樓層，則兩種簡化模型柱彎矩值相差不大;剪力變化具有與彎矩變化相似的結果;兩種簡化模型柱軸力的變化范圍很小，可以近似認為等同。

1．4薄弱層分析本文采用常用的固定側向荷載分布模式，即矩形分布進行推覆分析。所有模型均在結構分析軟件etabs中建模并分析。進行push－over分析的目的旨在找出薄弱層所在位置，主要關注的是不同模型的出鉸情況。對于模型00，其出鉸情況大致為:第一層梁先出鉸→頂層梁最后出鉸→底層兩根邊柱柱底先出鉸→最后底層所有柱底均出鉸。即普通框架薄弱層在第一層;模型33a:坎以上第一層梁先出鉸→除頂層外的大部分梁出鉸→坎以上接地部位柱底出鉸→所有梁端出鉸→坎以上非接地部分第二層柱底出鉸→鉸破壞越來越嚴重，以坎以上接地部位柱底失效而告終。可知簡化模型1的薄弱層位于坎以上第一層接地部分與坎以上第二層;模型33b與44b:坎以上第一層梁先出鉸→大部分梁出鉸→坎以上接地部位柱底出鉸→最后坎以上第一層柱底全出鉸。即簡化模型2薄弱層位于坎以上第一層;由靜力彈塑性分析結果可知，相對于普通建筑結構，掉層建筑結構的薄弱部位會由于掉層的存在而往上轉移。

2結語

通過上述兩種簡化模型的對比分析，可得到如下結論:掉層建筑結構由于掉層的存在會對兩個方向的剛度均產生影響，且由于其豎向不規則性會產生較大的扭轉振型;相對于普通建筑結構，掉層建筑結構最大層間位移角出現的部位會發生改變。這種改變又隨著接坡方式的不同而有所區別。一般情況而言，簡化模型2最大層間位移角出現部位較簡化模型1上移;由靜力彈塑性分析結果，掉層建筑結構的薄弱層相對于普通建筑結構會往上轉移，簡化模型1薄弱層位于坎以上第一層與第二層，簡化模型2薄弱層位移坎以上第一層;兩種簡化模型在坎以上接地部位的柱子內力均大于同層內的其它柱子，而簡化模型1的最大內力又遠大于簡化模型2的最大內力值，即相同結構，簡化模型1比簡化模型2更容易破壞，其整體抗震性能要比簡化模型2要差;從上面的分析中，建議從結構受力上盡量采用簡化模型2這種接坡方式。當地形不允許只能選用簡化模型1的接坡方式時，應對掉層部分進行加強措施，以保證結構的整體抗震性能。

作者：孔令凱 沙薇 單位：河南智博建筑設計有限公司 河南省城鄉建筑設計院有限公司