带板式转换层的高层建筑的振动台试验

杨 清 刘玉娟 张植玮

(1山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东 青岛 266510 2山东省防灾减灾重点实验室 山东 青岛 266510)

带板式转换层的高层建筑的振动台试验

杨 清 刘玉娟 张植玮

(1山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东 青岛 266510 2山东省防灾减灾重点实验室 山东 青岛 266510)

本试验采用的钢筋混凝土建筑是带有一个三级裙房和一个2.7米厚的转换板的34层的典型建筑。钢筋混凝土转换层将基本层上的荷载从墙转换到三级裙房的框筒上。将高层建筑按照1：20的比例建模型进行试验。

高层建筑；转换板；地震影响；钢筋混凝土板；振动台实验

地震等级 破坏现象及类型 状态小震 无明显振动，有一些不明显的小裂缝 正常使用状态中震 有明显的振动，转换层上的层有8处新的破坏 正常使用状态大震 振动明显，转换层上的层和顶层有32处新的破坏中度受损,没有崩溃,需要修理特大震 转换层以上的建筑物水平完整性遭到破坏 破坏

现在在人口稠密的城市高层建筑已经很常见了。在高层建筑结构中,由于使用功能的要求,结构下部几层需要大空间,而导致结构沿竖向抗侧移刚度有较大变化。为了满足设施需要，柱和剪力墙通常都是有规律的设置在转换层上，如游泳池、购物中心、停车场、公共交通等基础设施。转换板可以重新分配荷载，可将荷载从上面的剪力墙传到下面的框筒和核心墙上。一般,转化板可以很容易地改善建筑布局，提供无柱开放空间。因此,转换板在高层建筑中的应用在地震稀有的地区得到了广泛的应用，例如香港。转换板的主要缺点是在转换层处横向刚度突变，因此若在高层建筑中使用转换板很容易造成震害。曾有人经过数值研究得出结论：如果建筑物的首层机制发生了破坏，那么该建筑物就不可避免的必定发生破坏。

振动台试验是用来评估钢筋混凝土结构抗震性能的最常用技术之一。试验时在模型结构上布置了加速度传感器、位移传感器和应变片以测定模型结构的动力反应。本试验的目的是评估一个带有转换层的高层建筑的抗震性能，本文总结了振动台测试结果和按照1:20的比例所建的模型在受到不同等级的地震时的抗震稳定性。振动台试验是在五个连续阶段进行的，每个阶段之间的震级按比例逐渐增大。通常认为中等地震去的四个地震等级分别为小震、中震、大震以及特大震。每个地震级都有一组其他三个地震级关于岩石层、中土层、软土层的记录。

上表中总结了从模型试验过程中观察到的在各级地震作用下结构的破坏过程。在小震作用下，建筑物没有明显的颤抖,没有观察到的结构的破坏。基于模型的响应,预测原型建筑在小震后仍处在正常使用状态，没有任何结构性修复的必要。在中等地震的影响下,模型有少量的振动反应，缝被发生在第四和第八层之间的墙。预测原型建筑仍可正常使用，虽然没有必要加加固原型建筑,但结构的一些部分必须要修理。遭受到大震时，模型有显著的振动，在中层和顶层以及转换层上的层都可看到大量的裂缝，中间层的中央核心开口处出现斜裂缝。尽管混凝土没有剥落,但模型已严重受损,出现了相当大的非弹性行为。预测原型建筑大地震后不会崩溃,但是会失去大部分的横向承载力，将需要大范围的改造工作。当软土层收到特大震时，模型的结构完整性被破坏，模型的上部折断，离开了转换层上的裙房。破坏的主要原因是由于转换层上的南部的剪力墙附近拉伸断裂南，许多构件被严重破坏，水平裂缝已经把剪力墙从四楼和十楼切成了两半，见下图。大量的混凝土已经剥落，屈曲加强，还观察到内墙壁混凝土也已经剥落发生了剪切破坏，所有层的地面表层都出现了水平裂缝。总的来说就是该模型已严重受损,无法修复,马上就要坍塌。

破坏模式图

结论

模型代表了一个带有2.7米厚转换层的高层建筑，该模型是按照1:20的比例构建的。将模型放在振动台上进行测试，观察来自中级地震区域的建筑模型受到小震、中震、大震、特大震影响下的地震反应。下面的结论是基于用于研究中的有限数量的地震记录和有限的小规模建模的基础上得出的：

1. 基于振动台模型试验得出的结果，可以预测高层建筑遭受大地震时不会崩溃，要想将损失降到最低，需要减少转换层处的任何可能出现的刚度变化。

2. 尽管转换层处的水平刚度有显著减少，大约有 76%的降低，大部分的破坏发生在转换层以上的层，但是对于高层建筑来说，使用横向刚度的比值来检测软弱层可能不太试用。

3. 尽管基于环境振动的基础上测量的模型的基本频率可以提供用于判断建筑物破坏程度的一般指南，但是更好的参照是基于加速度谱的谱频率法。在一个结构体系中,如果发生严重破坏,光谱的频率将会减少40%,如果发生崩溃，光谱的频率将会减少60%。这个规律只适用于高层建筑,类似于本试验采用的原型建筑。

4. 变形测量在损失评估中能够提供良好的指南，特别是,层间位移与结构损伤的程度有关。对于一个含有剪力墙的结构体系来说，如果层间位移接近 1/1000，在1/300-1 / 700之间，在1/80-1 / 200之间，将会分别出现轻微受损,中度受损，严重受损。

[1]林皋等结构动力模型试验的相似技巧大连理工大学学报2000。

[2]崔风等带填充墙的新型梁柱一板柱组合结构振动台试验研究东南大学学报2002。

[3]张晋吕志涛短肢剪力墙一筒体结构模型振动台试验研究东南大学学报2001。

[4]郑山锁，动力试验模型在任意配重条件下与原型结构的相似关系[J].工业建筑，2000年第3期.

[5]葛映宇.钢筋混凝土结构二维振动台试验结果分析研究.合肥:合肥工业大学硕士学位论文,2000

[6]蔡乐刚.上海浦东香格里拉酒店扩建工程振动台试验误差分析与研究.上海:同济大学硕士学位论文,2005

杨清（1991-），女，山东烟台人，硕士研究生，主要从事钢结构方面的研究。

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1007-6344（2016）03-0258-01

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