半剛性連接混合結構的地震性能研究

摘 要：本文利用SAP2000軟件建立了一個三十層的鋼框架-混凝土核心筒高層結構模型，對各種連接剛度參數的結構進行了地震作用反應譜分析。得到了不同連接剛度參數結構在地震作用下的樓層側移和樓層剪力，得出了連接半剛性對結構地震性能影響的定性規律。通過定量分析，得到了結構頂層側移和整體結構最大層剪力及其相對于剛性連接結構的變化系數與約束系數及連接剛度的擬合關系式。

關鍵詞：半剛性連接；混合結構；初始剛度；約束系數；擬合

中圖分類號：TU352.11 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）14-0296-02

1 引 言

近年來，鋼框架-混凝土核心筒結構體系已成為我國最常用的高層結構體系，如已建的上海中心大廈和在建的武漢綠地中心。然而迄今為止，實際設計工作中對混合結構的分析還基于梁柱剛接或鉸接的假定之上。而實際上，梁柱連接都是半剛性的。這種半剛性的存在將導致結構的受力性能發生變化。如果將梁柱連接理想化，將導致較大的誤差，甚至得到錯誤的結果。

鑒于此，本文以外伸端板連接作為連接構造，對半剛性連接混合結構的地震性能進行研究，以期為準確的內力分析提供理論支撐，同時使混合結構的設計更接近真實受力情況。

2 半剛性連接混合結構模型的建立

2.1 基本分析模型的建立

本文利用SAP2000軟件建立了一個三十層鋼框架-混凝土核心筒結構作為基本模型，標準層高為3.6m，總高度為108m。框架柱均采用方鋼管柱，角柱規格為□800×800×65，其它柱規格為□700×700×60，主鋼梁規格為H700×300×13×24。混凝土核心筒墻肢厚度為400mm，組合樓板厚度為120mm，混凝土等級為C30，鋼材采用Q345B。樓面活載標準值取2.5kN/m，折算樓面恒載標準值取10kN/m。結構處于Ⅱ類場地，設計地震分組為第一組，特征周期值為0.35s，基本設防烈度為7度（0.10g），折算阻尼比取4.5%。基本模型結構平面圖見圖1。

2.2 半剛性連接混合結構模型的建立

為了分析不同連接剛度下混合結構的性能，對上述分析基本模型的梁柱間設定不同的剛度參數，則形成了帶不同連接剛度外伸端板連接的高層混合結構模型。本文共選取17個剛度參數，通過SAP2000軟件指定梁柱連接的節點區來模擬梁柱半剛性連接，則得到17個帶不同連接剛度的半剛性混合結構模型。

剛度參數1為完全剛接，Rk為∞，相應r=1；剛度參數17為理想鉸接，Rk為0，相應r=0。而介于剛度參數1和剛度參數17之間的剛度參數為不同e（梁翼緣上下螺栓間距）和tp（端板厚度）條件下的剛度參數。

由于半剛性連接的影響，混合結構在地震作用下的響應也將發生變化，為了得到連接半剛性對各響應的影響規律，本文將分析不同連接剛度下響應隨樓層的變化規律，并對結構響應的最大值與連接剛度及其約束系數進行擬合，得到各響應最大值與約束系數的擬合關系。

3 地震作用下混合結構的樓層側移

圖2為半剛性連接混合結構在地震作用下的樓層側移曲線。從圖中可以看出：隨著連接剛度的降低，各層側移將變大，側移曲線形態從彎剪形向彎曲型變化，結構的受力性能特征逐漸向純剪力墻結構轉變。可見，連接的半剛性對地震作用下結構樓層側移有顯著的影響。

6 結 論

本文對半剛性連接混合結構在地震作用下的性能進行了分析，主要得到以下幾個方面的結論：

（1）半剛性連接對地震作用下混合結構的樓層側移和層間位移角有顯著的影響。隨著連接剛度的降低，結構的整體剛度將降低，這就導致樓層側移和層間位移角均有不同程度的增大。分析表明，結構的頂層側移和最大層間位移角和約束系數r呈線性關系，各自的增大系數與r亦呈線性關系。

（2）半剛性連接對地震作用下混合結構的樓層剪力有不同程度的影響。隨著連接剛度的降低，結構的整體剛度將降低，與此同時結構的自振周期將增大，這兩個方面的原因導致地震作用下結構的樓層內力降低。分析表明，整體結構的最大層剪力與約束系數r呈2次多項式關系。最大層剪力降低系數與r呈2次多項式關系。

（3）連接半剛性的存在使得結構的整體剛度降低，而整體剛度的降低又將導致結構的地震作用降低。在這兩重影響下，結構的最大位移反應均將有較大幅度的增大；最大層剪力略微降低。

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收稿日期：2018-4-16

作者簡介：李 新（1987-），男，工程師，研究生，主要從事輸電結構設計工作。