不同剪力墻筒體位置對框筒結構抗震性能的影響

史云婷

（北京房地置業發展有限公司，北京 100020）

0 引言

某辦公樓為框筒結構，設計地下2層、地上29層，總高度為108.6m。該樓主體結構為裝配式結構，樓板采用預制空心板，具體為華北13BGZ2-1PK 預應力疊合板。該辦公樓設計了裝配式建筑剪力墻筒體，其位置的確定，既要保證高層建筑具有良好的空間結構，又要考慮剪力墻的抗震性能，剪力墻筒體位置的設計成為該裝配式建筑結構設計的重難點。基于此，本文結合該工程實例，研究不同剪力墻筒體位置對框筒結構抗震性能穩定性的影響。

1 模型建立與參數選取

1.1 模型建立

在確保剪力墻材料相同的條件下，采用SATWE 軟件[1]建立三種不同剪力墻筒體位置的框筒結構模型，如圖1和圖2所示。

圖1 不同剪力墻筒體位置的建筑結構模型立體圖

圖2 三種模型的標準層立體圖

模型1是在結構中間部位設置4個L型的小筒體，結構外圍為框架結構；模型2是在結構中間部位設置4個正方形的小筒體，結構外圍為框架結構；模型3是在整體結構的外圍設置一個大筒體，內部電梯間部位設置4個小筒體結構。

1.2 外荷載參數選取

工程抗震設防烈度為8 度，設計地震加速度值為0.2g，設計地震分組為第二組，場地類別為Ⅱ類，特征周期值為0.40s。根據《建筑工程抗震設防分類標準》辦公樓抗震設防類別為乙類，結構安全等級為一級，地面粗糙度類別為B類，風荷載按100年一遇考慮，修正后的基本風壓w0=0.90kN/m2。

1.3 樓層結構參數選取

該工程的樓層結構參數的選取如下：

（1）柱：框架柱的截面尺寸有：邊柱1000mm×1000mm；中柱800mm×800mm，荷載主要包括框架柱自重以及柱子抹灰等。

（2）梁：樓面框架梁截面尺寸主要有300mm×700mm 和300mm×600mm 兩種；連梁截面尺寸為250mm×700mm、250mm×650mm 和300mm×700mm三種。荷載主要包括框架梁和連梁的自重以及抹灰、樓板傳遞至梁的荷載，砌體填充墻產生的附加荷載等。

（3）墻：剪力墻的截面尺寸有地下部分450mm、地上部分為300mm，電梯井的墻厚為300mm。荷載主要包括剪力墻體自重和抹灰等。

（4）樓板：轉換層樓板厚為130mm。

2 建筑結構自振周期比較

通過數值模擬的方法得到三種模型結構自震周期及振型方向，模擬結果如表1所示。根據表1可得：每種模型均選取9個震型作為研究對象，根據相關規范[2-6]可知高層混合結構以及復雜高層建筑的結構以扭轉為主的第一自振周期Tt與以平動為主的第一自振周期T1之比不應大于0.85，模型3 的自振周期最小，周期比為0.687；模型2的自振周期其次，周期比為0.805；模型1的自振周期最大，周期比為0.795，均滿足規范要求。從周期結果可以得出模型3周期比最小，結構的扭轉效應最小，剛度中心和質量中心最為接近，故模型3的抗震性能最好，模型1次之。

表1 三種模型結構自震周期及振型方向計算結果

3 建筑結構豎向構件地震剪力比較

各結構模型的剪力如表2所示。由表2可以看出：3種模型主要承受地震剪力的構件均為剪力墻，模型1的X方向最大剪力為78469.7kN，Y方向最大剪力為78469.8kN；模型2的X方向最大剪力為81561.5kN，Y方向最大剪力為81574.8kN；模型3的X方向最大剪力為97873.8kN，Y方向最大剪力為97889.8kN。由此可知，無論是X方向還是Y方向，三個模型的最大剪力大小基本相同，這是因為整體結構平面為沿X方向和Y方向對稱的八邊型。

表2 不同剪力墻筒體位置的模型結構剪力計算結果（kN）

4 建筑結構層間最大位移和層間位移角比較

層間位移角是指按彈性方法計算的風荷載或多遇地震標準值作用下的樓層層間最大水平位移與層高之比Δu/h。根基《建筑抗震設計規范》要求，建筑結構的層間位移角的限值：剪力墻為1/1000、框剪結構為1/800，框架結構為1/550。三種模型最大結構位移和層間位移角如表3所示。

表3 三種模型層間最大位移與層間位移角計算結果（單位：mm）

表3可以得出：模型1的位移最大并且層間位移角不滿足規范要求；模型2的X方向最大位移為114.37mm，Y方向最大位移為114.36mm；模型3的X方向最大位移為26.73mm，Y方向最大位移為26.74mm。由此可以看出，無論是X方向還是Y方向，模型3的樓層位移以及層間位移角均最小，變形最小，抗震性能最優，隨著剪力墻包圍范圍的增加，結構抗震性能有所增加。

5 結束語

綜上所述，本文分析了不同剪力墻筒體位置對框筒結構抗震性能的影響，分別對三種不同剪力墻筒體位置的框筒結構模型的自振周期及振型方向、豎向構件地震剪力、層間最大位移和層間位移角進行比較。結果表明模型3的自振周期、層間最大位移、層間位移角均最小，結構的扭轉效應最小，剛度中心和質量中心最為接近。因此，采用模型3中的剪力墻筒體位置進行框筒結構設計，既可以滿足建筑結構抗震要求，又具有良好的整體抗震性能。