高层建筑错层剪力墙结构的抗震性能分析

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摘要：随着国民经济水平的不断提高，人们对于其居住环境的要求也变得越来越高，错层式建筑越来越受到房地产企业的青睐，对高层建筑错层剪力墙结构的抗震性能的分析成为了当前建筑工程的一项重要研究课题。本文就某幢错层剪力墙结构的高层建筑为例进行探讨和分析，分析该工程建筑的抗震性能，提出相关的设计建议，提高错层剪力墙结构的质量，确保其抗震性能符合要求，推动我国工程建筑的发展。

关键词：高层建筑；错层剪力墙；结构；抗震性能

Abstract: With the increasing levels of the national economy, the requirements for the living environment has become increasingly high, split-level building is increasingly favored by real estate enterprises, the split-level seismic shear wall structure of high-rise buildings the performance analysis has become an important research topic in the current construction projects. This article to explore and analyze shear wall structure of a building split-level high-rise buildings as an example, analysis of the seismic performance of the engineering and construction of the proposed design recommendations to improve the quality of the split-level shear wall structure, ensure the seismic performance to meet the requirements to promote the development of China's engineering and construction.Keywords: high-rise buildings; split-level shear walls; structure; seismic performance

中图分类号：TU352.1+1文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

错层式建筑在空间设计上错落有致，在使用上也比较合理，为人们提供了更为舒适的居住环境。相对于高层建筑中的错层剪力墙抗震设计来说，错层中剪力墙结构的刚度如果达不到国家标准的话，很容易造成结构局部的构件受力过于集中使其呈现出不规则现象，同时还会因不连续错层布置导致高层建筑错层剪力墙结构出现严重的受拉现象，大大降低了高层建筑的抗震性能。本文就以某幢高层建筑错层剪力墙结构进行探讨和分析，提出相关的设计改进建议，从而提高高层建筑错层剪力墙结构的质量，保障其抗震性能符合要求。

1.高层建筑工程的概况

该工程为一幢地上20层，地下2层的高层建筑，其中建筑结构的总体高度为60m，建筑层高为3m,平面尺度是54m乘以23m。根据该建筑的使用特点，该高层建筑工程属于住宅建筑，在整个建筑通高范围内，将楼板错落布置在建筑中的各层中部，使其呈现出一种1.0m的错层结构。在这项工程建筑中，其中抗震设防烈度为7度，在结构上属于二级安全等级，使用年限在50年左右，其抗震类别属于丙类。由于该工程属于错层结构建筑，采用的是钢筋混凝土类型的剪力墙体系。对此，在整幢楼层剪力墙的抗震等级设计上提高一级，其中要注意的是，除建筑顶部的水箱间和地下室的外墙以外，剪力墙结构的厚度为300mm。

2.该工程结构设计中抗震性能分析

为了更好地研究高层建筑中错层剪力墙结构的抗震性能，该工程主要采用的是静力和动力弹塑性的分析方法，通过Abaqus设计软件，解决剪力墙结构在不同类型的震动下非线性的响应，分析结构中各部件存在的破坏因素，整体评价该工程建筑剪力墙结构的抗震性能。

在高层建筑错层剪力墙结构的抗震性能分析过程中，剪力墙和楼板之间可以采用多层钢筋类型的分层壳单元进行模拟，而在建筑的连梁可以采用空间梁柱单元进行模拟。其中在钢筋材料上利用双线性类型的随动硬化模型，按照建筑材料的等级来划分标准值，其中材料的强屈比是2.0，极限应变是0.043。对混凝土材料而言，除了材料的强度和本构曲线以外，其余的都要按照混凝土的结构要求来进行设计。在静力弹塑性分析过程中其剪力墙的结构是单向加载，在选取混凝土本构关系上可以采用一些具有较好收敛性能的弥散类型裂缝混凝土。而在动力弹塑性分析上，要特别注意由于反复加载造成混凝土刚度的损坏。同时在混凝土强度计算的过程中，加强钢筋的约束增强效应，使其能够符合混凝土的参数要求。

目前在剪力墙结构抗震性能研究中，主要采用的是Push-over技术分析法，通过大量的工程实践表明，静力非线性分析法能够准确地展示出剪力墙结构非线性的属性及其结构的变形形态，将剪力墙结构中的薄弱部位展现出来，从而对建筑剪力墙结构的整体抗震性能做出正确、合理的判断。由于该工程的高度比较大，在第一阶段振型中质量的参与为总质量的80%，导致其高振型产生的影响较大，对此，在计算过程中可以将不同振型进行组合，将其产生的后层剪力之差作为静力弹塑性分析法中的侧向堆覆荷载。此外，为了保证错层剪力墙结构的分布形态不发生改变，从而进行两个不同方向的推覆分析。

图一和图二分别为建筑结构两个方向的性能曲线，从图中可以看出，建筑结构不管是在X方向还是在Y方向上，在小震影响下其推覆性能曲线处于弹性状态，在中震影响下曲线才开始发生明显的变化，说明这个时候建筑结构中的部分构件已经进入到了塑性的过程。通过能力谱法来计算建筑结构中X、Y两个方向在地震作用下的基底剪力。

通过对结构中两个方向的推覆分析，剪力墙结构屈服过程和破坏过程基本上保持一致，主要表现为在重力影响下剪力墙结构仍处于一种弹性状态；其中在

图一建筑x方向结构性能点和曲线分析

图二 建筑Y方向结构性能点和曲线分析

推覆荷载与弹性小震水平达到一致的时候，除了建筑中个别梁会发生微小塑性之外，大部分结构梁还是处于一种弹性状态。而当推覆荷载与弹性中震水平达到一致时，建筑中剪力墙结构中的部分梁已经进入到塑性结构，同时在结构下部的推覆方向中剪力墙的竖向钢筋已经进入到了受拉状态，导致钢筋发生屈服，使混凝土能够符合其受压强度上的标准值。此外，在结构推覆过程中，建筑结构的自振特性也会发生变化，随着结构推覆荷载的不断增大，建筑的结构周期也在不断增大，从而导致结构在进入弹塑性后的程度逐渐增大。

根据不同弹塑性法对该工程的分析，得出以下结论：第一，该建筑工程的错层剪力墙结构能够满足7度设防烈度的要求，实现“小震不坏、中震可修以及大震不倒”的建筑设防目标。第二，通过该工程分析研究表明，在高程建筑错层剪力墙结构的设计中，要严格按照国家的规范进行设计，并加强适当的防护措施，从而确保建筑工程的抗震性能达到要求。第三，在高层建筑错层位置的设置上，要注意剪力墙的受力问题，根据其具体问题采取相应措施。第四，设计人员在高层建筑错层剪力墙结构设计时，要注意错层结构中楼板的受拉影响，避免在地震时建筑出现开裂现象，同时在建筑专业允许的条件下，将建筑中错层剪力墙结构的长宽较大平面实行断缝处理，尽量减少工程中的扭转效应，控制好结构中的扭转周期比和扭转位移比。第五，在高层建筑错层剪力墙体底部的加强区延伸至平层处，加大墙体的厚度，延长墙肢和翼缘长度，在建筑的平面局部上较多凹入部位上可以加厚其楼板，使其能够符合地震水平力的传递要求，从而降低结构间的轴压比，促使高层建筑错层剪力墙结构中墙体的稳定性，确保建筑具有较好地抗震性能。

3.结束语

综上所述，随着国民经济水平的不断提高，人们对于其居住环境的要求也变得越来越高，错层式建筑越来越受到房地产企业的青睐，高层建筑行业取得了突飞猛进的发展，高层建筑错层剪力墙结构的研究成为了当前建筑工程的一项重要研究课题。如果错层中剪力墙结构的刚度达不到国家标准的话，很容易造成结构局部的构件受力过于集中，使其呈现出不规则现象，同时还会因不连续错层布置导致高层建筑错层剪力墙结构出现严重的受拉现象，大大降低了高层建筑的抗震性。对此，工程建筑企业在进行高层建筑开发中，必须要注重其抗震性能的设计，使其能够满足工程建筑的要求，延长工程建筑的使用寿命，从而保障人们的生命、财产安全，推动企业经济和国民经济的快速发展。

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