不等高嵌固多層框架結構抗震性能變化規律的探討

劉 慶 海

(濟南中建建筑設計院有限公司，山東 濟南 250000)

0 引言

臨坡而建的吊腳結構作為山地建筑常見的結構形式之一，既利用山地地形的優勢，又保持自然生態，是山地建筑的風景線[1]。山地建筑依山而建，形成底部不等高嵌固結構。本文針對某實際工程，并借鑒相關研究成果[2]，分別利用ETABS和YJK軟件，分析不等高嵌固結構(吊腳結構)與等高嵌固結構動力特性的差異以及框架柱內力的差異，同時總結吊腳高度的不同結構動力特性及框架柱內力的變化規律，為今后相似結構設計提供參考建議。

1 工程概況

某多層框架結構，地上5層，標準層高3.8 m。建筑抗震設防類別丙類，抗震設防烈度7度，設計基本地震加速度為0.10g，設計地震分組為第三組，場地類別Ⅱ類。標準層結構布置如圖1所示。

本工程位于斜坡型中風化石灰巖，分別考慮吊腳高度Δh為0.5 m，1 m，1.5 m，2 m，2.5 m，3 m時(如圖2所示)，分析總結結構動力特性及框架柱內力的變化規律。

2 結構分析

2.1 等高嵌固(吊腳高度Δh=0時)結構動力特性對比

為對比分析采用不同計算軟件不等高嵌固結構動力特性及框架柱內力變化，分別用ETABS，YJK在吊腳高度Δh=0時對結構動力特性及內力進行比對。

由表1可以看出等高嵌固多層框架結構，不同軟件計算的基本周期基本一致。表2中結構地震響應相差不大，誤差基本在5%之內。兩軟件計算結果可以作為不等高嵌固結構動力響應的對比。

表1 等高嵌固結構基本周期

表2 等高嵌固結構計算結果對比

2.2 不等高嵌固結構基本特性分析

圖3，圖4分別為ETABS，YJK軟件計算的不等高嵌固吊腳高度不同時，基本周期變化趨勢。從圖中可以看出，隨著吊腳高度的增加，結構的基本周期呈現逐漸減小的趨勢，其中第一平動周期減小了12.5%，扭轉周期減小了11.9%。吊腳高度增加，結構剛度有增大的趨勢。

2.3 不等高嵌固結構地震剪力分析

圖5為ETABS，YJK軟件計算的不等高嵌固吊腳高度不同時，X，Y方向地震剪力的變化趨勢。由圖可知，X方向地震剪力隨吊腳高度的增加基本不變；Y方向地震剪力隨吊腳高度的增加呈現先減少后增加的趨勢。從側面也反映吊腳高度很大時(即接近于掉層時)，Y方向結構剛度明顯增加。

2.4 不等高嵌固結構位移分析

從圖6可以看出隨吊腳高度的增加，結構位移比基本呈現增加的趨勢。其中ETABS軟件計算結果表明結構位移比明顯增加，而YJK的計算結果則顯示出先增加后趨于穩定的趨勢。因此也反映不等高嵌固結構的設計，建議多個軟件對比分析，綜合考慮分析結果，達到合理設計的目的。

2.5 不等高嵌固結構框架柱內力變化規律

圖7，圖8為ETABS計算的X，Y方向地震作用下典型框架柱(KZ-1，KZ-2，KZ-3，KZ-4等)內力變化趨勢。圖9，

圖10為YJK計算的X，Y方向地震作用下典型框架柱內力變化趨勢。圖7，圖9顯示吊腳長柱(KZ-1)在X向地震作用下，剪力呈現先減小后增加的趨勢，吊腳短柱(KZ-2,KZ-3,KZ-4)則是隨吊腳高度的增加剪力逐漸增大。圖8,圖10表明吊腳長柱在Y向地震作用下，剪力逐漸減小，吊腳短柱則是在吊腳高度較小時剪力基本不變，當吊腳高度超過層高1/3時，剪力顯著增大。隨著吊腳高度的增加，吊腳短柱剛度，尤其是Y向，顯著增加。不等高嵌固結構設計，應著重考慮吊腳短柱剛度增加的不利影響。

3 結語

本文通過建立不等高嵌固框架結構的模型，分別采用ETABS，YJK等軟件對比分析結構動力特性及相關框架柱內力變化，可得出如下結論：

1)吊腳高度不同時，結構周期及周期比均在規范規定限值內，且相差不大，說明吊腳高度的變化對結構整體扭轉剛度的影響相對較小。

2)隨著吊腳高度的增加，當吊腳高度接近層高時，剛度增加顯著。

3)當吊腳高度柱間增加時，不等高嵌固結構位移比明顯增加。因此實際工程應盡可能選擇坡地較小處；同時對不等高嵌固結構建議多種設計軟件對比分析，以便做到設計的合理性。

4)不等高嵌固結構設計，應著重考慮吊腳短柱剛度增加的不利影響。在加強吊腳層時，應考慮結構薄弱層向上轉移的可能。