高层建筑钢-混凝土混合结构分区耦合分析模型及开裂层位移参数分析.pdf

第 “卷 第“期建筑结构 “ “年“月 高层建筑钢 混凝土混合结构分区耦合分析模型 及开裂层位移参数分析 李国强 （同济大学上海“ “） 丁翔郑敬有 （中国船舶工业第九设计研究院上海“ 4 6 ; 1 /9 - 1 0 , - 0 1 （ ） 9 A 2 5 3 1 /- 4 1 3 0 8 4 A 2 1 - . 5 9 - 0 / 6. /- 4 3 1 - , . 5 . . 5 6 9 9 B C 5 . 9 - 3 2 5 . 9 - ,* - D . 5 5 5 - 9D - 4 9 . 1 / , 1 . , E 9 . / 5 . 9 - 3 2 5 . 9 - , * - 9 - 1 2 9 . 1 2 5 3 6 / * 3 1 - 4 . . 5 6 9 9 3 * - 4 / * * 1 - 7 3 9 3 * - 4 9 4 . 1D . 5 5 9 . , , 3 1 / 8 - 3 - 4 9 - 1 9 9 / 9 - 1 ; 0 - 3 B C 5 . 9 - 3 2 5 . 9 - ,4 8 3 / 5 9 0 9 / - 3 9 3 5 F 5 . 9 - 3 2 5 . 9 - , ; 4 . F 3 1 3 * 9 - 5 ; . B 4 1 3 0 8 4, . 5 , 0 5 . - 8 9 - 1 0 , - 0 1 A . 2 5 9，- 4 , 1 . , E 8 , 4 . 1 . , - 1 9 - , 9 3 * 9 4 . 1D . 5 5 9 . / - 4 D . E. 9 2 , - 9 3 * - 4 4 6 ; 1 /9 - 1 0 , - 0 1 0 / 1 . 1 - 4 G 0 . E 9 . /D / 9. 1 1 F . 5 / B 0 1 - 4 1 3 1 ，- 4 2 . 1 . - 1 9 - 0 / 63 9 - 3 1 6/ 1 * - 93 * 9 4 3 D 9 - 4 . - - 9 3 - . 2 2 1 3 2 1 . - - 4 . - - 4 9 - 3 1 6/ 1 * - 5 - 98 F ; 6- 4 , 3 / / 3 3 - , 3 9 / 1 - 4 * * , - 93 * 9 4 . 1/ * 3 1 . - 3 B “ 1 /9 - 1 0 , - 0 1 ；7 3 ; . 9 /, 3 0 2 5 8 - 4 3 /；2 . 1 . - 19 - 0 / 6；9 - 3 1 6/ 1 * - 9；4 6 9 - 1 9 9 3 / 5； 5 . 9 - 3 2 5 . 9 - ,. . 5 6 9 9 一、 前言 钢钢筋混凝土混合结构 （以下简称混合结构） 在 我国超高层结构中已较为广泛采用。在美国， 这种结 构形式曾有过震害破坏的记录； H “年日本建造了两 幢钢混凝土混合结构的高层建筑， 而后的七年里并未 建造任何新的这种结构。弹性分析结果表明， 在结构 底部区域， 混合结构中钢框架部分承担剪力约为总剪 力的“IH I（小于“ I） ， 钢框架部分的抗倾覆力 矩约为总倾覆力矩的JIH I。虽然看上去筒体承 受了绝大部分地震作用， 钢框架以承受竖向荷载为主， 似乎有利于发挥两种材料的优势， 但是其结构抗震防 线过于单一的问题便尤显突出。由于混凝土内筒相对 刚度有余， 强度不足， 外钢框架刚度不足， 强度有余， 使 混合结构抗震性能不协调， 内筒和钢框架不能合理分 担地震力。罕遇地震作用下， 内筒因刚度过大而承担 绝大部分地震力首先遭受破坏， 而后外框架因刚度不 足导致整个结构变形过大而引起结构迅速破坏。也就 是说， 混合结构的抗震性能不如钢结构那样优越， 因此 有必要对其抗震性能进行深入的研究。 混合结构由钢框架和混凝土剪力墙两种不同特性 的结构组成， 其刚度特征、 滞回曲线不同。已经有文献 采用双列质点串模型、 折算弹性模量拟弹性分析、 空间 协同分析等方法来研究混合结构弹塑性地震反应及抗 震性能。文 ［K］ 把空间混合结构等效成平面框剪结构 进行弹性地震反应分析。目前专门关于混合结构弹塑 性分析研究的文献还很少， 但可借鉴钢框架和混凝土 剪力墙的弹塑性分析研究成果。已有的剪力墙动力滞 回模型有 多弹簧模型 （LM N C） 、 假想梁模型、 等效桁 架模型和弹塑性有限元模型， 文 ［H ］ 说明了各滞回模 型的适用范围。笔者也提出将混凝土剪力墙按层分段 简化成多弹簧滞回模型 ［有限条分 区耦合法。 分区耦合要保证不同区域界 面上的力、 位移的协调。如图,所 示， 设有限元区与有限条“区交 界为4，区内部节点位移为｛｝ ， 接触边界位移为 ｛4｝ ； 设“区接触面以外节点广义位移为｛“｝ ， 接触 边界广义位移为｛“4｝ 。分别有 ｛9｝ ｛94 “ 法进 行动力分析。 五、 剪力墙开裂时层间相对位移分析 规范对结构在不利荷载组合工况下层间相对位移 限值的规定， 一方面是保证建筑装饰或围护材料的完 好； 另一方面， 在很大程度上是为了控制结构的变形不 要过大， 以免造成混凝土梁柱及墙体的开裂。以下是 用65 7 8 9程序分析高层建筑钢混凝土混合结构剪 力墙开裂时的结构层间位移分析情况。 图* 著， 谢秀松， 王贻荪， 李兰芬等译.结构分析的有 限条法.人民交通出版社， “ 1 3 . ,. 李国强， 周向明， 丁翔.钢筋混凝土剪力墙非线性动力分析模型. 世界地震工程， 4 ， （4）. /. 姜丽人.高层建筑钢7混凝土混合结构地震反应简化分析模型及 位移限值参数分析.硕士学位论文， 同济大学， “ 1 1 3. 3. 王长新， 沈蒲生， 易伟建.剪力墙结构在地震作用下的非线性分 析.湖南大学学报， “ 1 1 ， （,）. 1. - ’ ’ A B ’ C ’，9 D E F G H I D EJ-. * F A I K ’ H 2 7 LG K E ’ M I F H F N E K ’ H 7 O ’ A A P F Q I ’ RS -G T I A P I U R H T D R T H K . 9 R H T D R T H K5 U I K K H I U’ P K 7 D E ’ I D ，V F A . “，* F . “，“ 1 1 2“ 7 “ ,. “ 0W ’ X N ’ H，W I D E I U K H. ’ R E K Q ’ R I D ’ AQ F P K A I UF NH K I N F H D K PD F 7 D H K R K R H T D R T H ’ AO ’ A A N F H F A I K ’ H K I Q I D’ ’ A C I . 9 R H T D R T H ’ AL C 7 ’ Q I D ，“ 1 1 / “ 7 / 3. “ “.吕西林， 吴晓涵， 金国芳.钢筋混凝土结构非线性有限元理论与 应用.上海 同济大学出版社， “ 1 1 /. 4