含较多短柱高层框架—剪力墙结构静力弹塑性分析

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根据我国现有抗震设计指导思想,抗震设计时须遵循“强柱弱梁、强剪弱弯”的设计原则,并且要求符合“小震不坏、大震不倒”的设防水准,常见的结构形式按照常规设计比较容易达到要求,因此在设计过程中一些潜在的问题容易被设计人员所忽视,如含有较多抗震性能较差的钢筋混凝土短柱的结构。在方案确定过程中,受建筑层高、荷载、梁高、楼梯平台和填充墙体等因素的影响,往往在无意中形成了短柱,而对于钢筋混凝土短柱构件的抗震设计,规范中尚没有可操作的具体设计方法,因此钢筋混凝土短柱结构的抗震设计就成为了难题。目前,已有很多关于钢筋混凝土短柱的抗震性能及改善措施的研究,但对于较多短柱的整体结构,无论是试验研究还是理论分析均很少,并且短柱在实际工程的高层框架结构及框架-剪力墙结构中又很容易出现,因此针对含有较多钢筋混凝土短柱的整体结构的抗震性能研究显得尤为需要。本文以工程实例为研究对象,对其进行了静力弹塑性分析。该结构由于建筑功能的需要形成了较大的柱距,并且由于梁高的影响,致使结构沿竖向全高度形成了大量的钢筋混凝土短柱构件,成为含有较多短柱的高层框架-剪力墙结构。由于缺少关于此类结构设计的成功案例和指导资料,因此设计人员无法判断在地震作用下结构内部短柱构件的破坏形式和结构的整体抗震性能,在设计过程遇到重重困难。鉴于以上问题,本文以实际结构为对象,利用有限元软件建立结构的有限元模型,对结构进行了模态分析,并进行了抗震设防烈度为6度、设计基本加速度值为0.05g和抗震设防烈度为7度、设计基本加速度为0.10g地区的多遇地震作用下常规的弹性设计、罕遇地震作用下的静力弹塑性(PUSH-OVER)分析,研究了在不同强度地震作用下结构的整体变形特点、结构中构件的破坏形式和破坏特点、短柱构件的混凝土最大应力分布及其开裂情况,研究了构件出现塑性饺的部位、性铰的类别和塑性饺发展程度,提出结构的薄弱部位(层),并利用能力谱法进行了罕遇地震作用下的抗震性能评估。本文利用国外目前较为成熟的Midas Gen结构有限元分析软件,对一个含有较多钢筋混凝土短柱构件的工程实例进行PUSH-OVER分析,并采用ATC-40能力谱方法进行抗震性能评估,分析了其在抗震设防烈度为6度和7度时的多遇地震和罕遇地震作用下结构内部构件的破坏形式和结构的整体工作性能,总结了工程实例结构的抗震性能,期望本文所用分析方法和结果能为今后类似结构的抗震设计所借鉴。
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