不同剪力墙筒体位置对框筒结构抗震性能的影响

史云婷

（北京房地置业发展有限公司，北京 100020）

0 引言

某办公楼为框筒结构，设计地下2层、地上29层，总高度为108.6m。该楼主体结构为装配式结构，楼板采用预制空心板，具体为华北13BGZ2-1PK 预应力叠合板。该办公楼设计了装配式建筑剪力墙筒体，其位置的确定，既要保证高层建筑具有良好的空间结构，又要考虑剪力墙的抗震性能，剪力墙筒体位置的设计成为该装配式建筑结构设计的重难点。基于此，本文结合该工程实例，研究不同剪力墙筒体位置对框筒结构抗震性能稳定性的影响。

1 模型建立与参数选取

1.1 模型建立

在确保剪力墙材料相同的条件下，采用SATWE 软件[1]建立三种不同剪力墙筒体位置的框筒结构模型，如图1和图2所示。

图1 不同剪力墙筒体位置的建筑结构模型立体图

图2 三种模型的标准层立体图

模型1是在结构中间部位设置4个L型的小筒体，结构外围为框架结构；模型2是在结构中间部位设置4个正方形的小筒体，结构外围为框架结构；模型3是在整体结构的外围设置一个大筒体，内部电梯间部位设置4个小筒体结构。

1.2 外荷载参数选取

工程抗震设防烈度为8 度，设计地震加速度值为0.2g，设计地震分组为第二组，场地类别为Ⅱ类，特征周期值为0.40s。根据《建筑工程抗震设防分类标准》办公楼抗震设防类别为乙类，结构安全等级为一级，地面粗糙度类别为B类，风荷载按100年一遇考虑，修正后的基本风压w0=0.90kN/m2。

1.3 楼层结构参数选取

该工程的楼层结构参数的选取如下：

（1）柱：框架柱的截面尺寸有：边柱1000mm×1000mm；中柱800mm×800mm，荷载主要包括框架柱自重以及柱子抹灰等。

（2）梁：楼面框架梁截面尺寸主要有300mm×700mm 和300mm×600mm 两种；连梁截面尺寸为250mm×700mm、250mm×650mm 和300mm×700mm三种。荷载主要包括框架梁和连梁的自重以及抹灰、楼板传递至梁的荷载，砌体填充墙产生的附加荷载等。

（3）墙：剪力墙的截面尺寸有地下部分450mm、地上部分为300mm，电梯井的墙厚为300mm。荷载主要包括剪力墙体自重和抹灰等。

（4）楼板：转换层楼板厚为130mm。

2 建筑结构自振周期比较

通过数值模拟的方法得到三种模型结构自震周期及振型方向，模拟结果如表1所示。根据表1可得：每种模型均选取9个震型作为研究对象，根据相关规范[2-6]可知高层混合结构以及复杂高层建筑的结构以扭转为主的第一自振周期Tt与以平动为主的第一自振周期T1之比不应大于0.85，模型3 的自振周期最小，周期比为0.687；模型2的自振周期其次，周期比为0.805；模型1的自振周期最大，周期比为0.795，均满足规范要求。从周期结果可以得出模型3周期比最小，结构的扭转效应最小，刚度中心和质量中心最为接近，故模型3的抗震性能最好，模型1次之。

表1 三种模型结构自震周期及振型方向计算结果

3 建筑结构竖向构件地震剪力比较

各结构模型的剪力如表2所示。由表2可以看出：3种模型主要承受地震剪力的构件均为剪力墙，模型1的X方向最大剪力为78469.7kN，Y方向最大剪力为78469.8kN；模型2的X方向最大剪力为81561.5kN，Y方向最大剪力为81574.8kN；模型3的X方向最大剪力为97873.8kN，Y方向最大剪力为97889.8kN。由此可知，无论是X方向还是Y方向，三个模型的最大剪力大小基本相同，这是因为整体结构平面为沿X方向和Y方向对称的八边型。

表2 不同剪力墙筒体位置的模型结构剪力计算结果（kN）

4 建筑结构层间最大位移和层间位移角比较

层间位移角是指按弹性方法计算的风荷载或多遇地震标准值作用下的楼层层间最大水平位移与层高之比Δu/h。根基《建筑抗震设计规范》要求，建筑结构的层间位移角的限值：剪力墙为1/1000、框剪结构为1/800，框架结构为1/550。三种模型最大结构位移和层间位移角如表3所示。

表3 三种模型层间最大位移与层间位移角计算结果（单位：mm）

表3可以得出：模型1的位移最大并且层间位移角不满足规范要求；模型2的X方向最大位移为114.37mm，Y方向最大位移为114.36mm；模型3的X方向最大位移为26.73mm，Y方向最大位移为26.74mm。由此可以看出，无论是X方向还是Y方向，模型3的楼层位移以及层间位移角均最小，变形最小，抗震性能最优，随着剪力墙包围范围的增加，结构抗震性能有所增加。

5 结束语

综上所述，本文分析了不同剪力墙筒体位置对框筒结构抗震性能的影响，分别对三种不同剪力墙筒体位置的框筒结构模型的自振周期及振型方向、竖向构件地震剪力、层间最大位移和层间位移角进行比较。结果表明模型3的自振周期、层间最大位移、层间位移角均最小，结构的扭转效应最小，刚度中心和质量中心最为接近。因此，采用模型3中的剪力墙筒体位置进行框筒结构设计，既可以满足建筑结构抗震要求，又具有良好的整体抗震性能。