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1、高層建筑設置環帶桁架以及地下室不同約束條件下對結構自振周期的摘 要：為了深入研究設置環帶加強層并考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用對混合高層建筑內力和變形的影響，文章采用有限元軟件SAP2000，對地下室不同約束條件下高層建筑進行了地震作用下的時程分析，研究在地震作用下設置環帶桁架并考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用時對混合高層結構自振周期的影響規律。 /1/view-7009324.htm關鍵詞：環帶桁架；“虛擬伸臂”；土-結構；自振周期1 概述文章以SRC框架-RC核心筒高層建筑結構為算例，計算了考慮和不考慮土-結構相互作用情況下該建筑結構的模態。結構的模態主要包括模態剛度、模態阻尼比、固2、有頻率和固有振型等參數其中最為重要的就是固有頻率和固有振型。結構模型概況：文章參考實際工程，忽略扭轉效應對結構的影響，建立了一個平面和立面都比較規則的SRC框架-RC核心筒混合高層結構模型。該結構地面以上36層，地下2層，屋面檐口標高127m，標準層層高3.5m，底層層高4.5m，地下室層高4m。結構為27m27m平面規則結構，內部核心筒從下至上貫通布置，外圍框架柱距9m，主樓高寬比4.7，核心筒高寬比14.1。結構模型中框架柱全部為型鋼混凝土柱，框架梁為工字型鋼梁，核心筒為鋼筋混凝土剪力墻。豎向荷載主要有各構件自重和樓面活荷載。活荷載標準值按建筑結構荷載設計規范（GB50009-2010）選3、用。其中樓面活荷載取2.0KN/m2，屋面活荷載取0.5KN/m2，將外墻重量折算到邊梁的恒荷載中，取底層梁上附加恒荷載10.0KN/m，標準層9.0KN/m。水平作用有風荷載和地震作用。假定該結構建在某市區，根據荷載規范，取基本風壓W0=0.55KN/m2（按50年采用），地面粗糙度為C類，建筑抗震類別為丙類，抗震設防烈度為7度，二類場地，土層厚度為40.0m，主要由三層土組成，最上面一層為粘土，下面兩層分別為粉質粘土。設計地震分組第一組，設計基本加速度為0.1g，場地特征周期取0.35s。2 加強層以及地下室不用約束情況下的分析方案一般而言，水平加強層的剛度越大，減小結構側移的效果越好，但4、剛度增加越多，內力突變程度也越大，極易引起加強層附近的框架柱或核心筒先行破壞，且加強層剛度對結構側移的影響是有限度的。一旦超過一定的數值，再增加加強層剛度，對結構側移的影響就很小。有限元模型建立的準則是根據工程分析的精度要求，建立能模擬實際結構的模型。高層建筑結構復雜，結構模型的建立合理與否，直接決定了計算精度和計算結果。2.1 單元類型本研究的結構體系為型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結構，構件種類有型鋼混凝土柱，型鋼連續梁，鋼桁架，混凝土剪力墻。下面分別對軟件中每種單元特性進行簡單介紹：（1）框架單元：在平面和三維結構中，框架單元可用來模擬梁、柱、斜撐和桁架。單元每個節點共有6個自由度，分5、別是3個平動自由度和3個轉動自由度。（2）薄殼單元：殼單元考慮了平面內剛度和平面外剛度，力學行為是膜單元和板單元之和。薄殼一般是指厚度h和寬度L之比小于1/10的殼。（3）接觸單元：間縫單元（Gap）是點對型（node-to-node），所謂點對型是當接觸面離散化時就規定好節點對的編號，它們在物體剛好接觸時具有相同位置。點對型方式不允許在接觸面上任意布置節點，缺乏一定的靈活性。2.2 單元剖分在計算分析之前，需要根據計算精度要求，對模型中的對象進行有限元剖分。剖分的單元數越多，精度越高，計算時間也越長。不考慮土與結構在地震作用下的碰撞約束作用模型共剖分了20304個框架單元，16754個薄殼單6、元，使用了18種截面形式和6種材料屬性。考慮土與結構在地震作用下的相互約束作用共剖分了20304個框架單元，16754個薄殼單元，304204個實體單元，8204個Gap單元。3 設置環帶桁架以及地下室不同約束條件下對結構自振周期的影響3.1 不考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用情況下環帶桁架對結構自振周期的影響（1）設置環帶加強層可增大結構的整體剛度，減小結構自振周期。（2）設置環帶加強層對結構自振周期的影響主要針對低階振型，對高階振型自振周期的影響很小，且環帶加強層數目越多，影響越弱。3.2 考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用情況下環帶桁架對結構自振周期的影響（1）考慮土-地下室“虛擬伸臂7、”相互作用時，設置環帶加強層可增大結構的整體剛度，減小結構自振周期。（2）考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用時，設置加強層對結構自振周期的影響主要針對低階振型，對高階振型自振周期的影響很小，且環帶加強層數目越多，影響越弱。（3）考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用時，增設環帶桁架降低的結構自振周期比剛性地基假定時增設環帶桁架降低的結構自振周期明顯。4 結束語文章介紹了工程算例的基本概況，運用有限元分析軟件SAP2000對結構模型進行了模態分析，得出了設置環帶桁架并考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用時對結構周期、結構振型的影響規律，主要結論和建議歸納如下：（1）考慮與不考慮土-地下室“虛擬伸臂”相8、互作用下，設置環帶構件可以增大結構的整體剛度，減小結構體系的低階自振周期。（2）考慮與不考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用加強層對結構自振周期的影響主要針對低階振型，對高階振型自振周期的影響很小，且環帶加強層數目越多，影響越弱。（3）考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用后使結構體系的動力特性發生了改變，結構的自振動周期延長，體系的總體剛度降低較為明顯，而結構體系的自振周期延長，很有可能導致結構體系的自振周期與地面運動的卓越周期接近，從而引起結構的慣性力增大，出現不安全因素。（4）由于框架與核心筒協同工作，考慮與不考慮土-地下室“虛擬伸臂”相互作用在X軸方向的側移曲線都是呈彎剪型。考慮土-地下室“9、虛擬伸臂”相互作用后結構側移在0.000處變化較大，即使地下室頂板剛度較大，直接將地下室頂板作為上部結構的嵌固端仍是不妥的。參考文獻1R.Shankar.Nair.Belt trusses and basements as“virtual”outriggers for tall buildingsJ.Engineering Journal，1998：140-146.2沈朝勇，周福霖，等.高層結構考慮土與地下室相互作用的振動臺試驗和理論分析J.地震工程與工程振動，2007，27（6）：149-153.3譚丁，姜忻良.不同接觸面模型對評估地下結構震害的影響J.巖土工程技術，2003，2：77-80.4林皋，梁青槐.地下結構的抗震設計J.土木工程學報，1996（1）：15-24.作者簡介：宋良瑞（1982，11-），女，籍貫：山西運城，本科，講師，工作單位：四川建筑職業技術學院，主要研究方向：結構工程。