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摘要:在建筑結(jié)構(gòu)中，樓板開洞會改變結(jié)構(gòu)的傳力路徑和剛度，對結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生影響，尤其對于框架結(jié)構(gòu)更加明顯。通過有限元設計分析軟件，結(jié)合具體的工程實例分析了某框架結(jié)構(gòu)樓板開洞位置和層高的變化，對于結(jié)構(gòu)周期、周期比、位移角的影響具有一定的工程意義。

關鍵詞:框架結(jié)構(gòu);樓板開洞;位移角

1概述

隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展、居住條件的改善，人們對于建筑造型的要求也越來越高。在滿足日常生活、工作的前提下對建筑的空間要求也日益提高，因此造成一些公共建筑如酒店、體育館、博物館等造型越來越獨特。為了滿足建筑功能的要求，在結(jié)構(gòu)設計時往往會對結(jié)構(gòu)的規(guī)則性造成一定的破壞。這種破壞在地震發(fā)生時造成的損失尤其嚴重。其中樓板開洞是造成結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則的原因之一［1］，所以研究樓板開洞對于建筑結(jié)構(gòu)的影響具有十分重要的意義。在這方面國內(nèi)外學者也進行了大量的研究，本文在前人研究的基礎上結(jié)合具體的工程實例，研究分析了樓板開洞位置以及層高的變化對框架結(jié)構(gòu)的抗震性能的影響［2］。

2工程概況

甘肅省天水市某酒店裙房項目，結(jié)構(gòu)高度22．55m，地上4層，地下1層。X向5跨38．10m，Y向6跨38．65m。抗震設防烈度為8度，設計地震分組二組，場地類別為Ⅱ類，特征周期0．4s，基本地震加速度0．3g。結(jié)構(gòu)開洞樓層為第二、四層，結(jié)構(gòu)平面布置如圖1，圖2所示。為研究樓板開洞的影響，本文共建立了12個分析模型，兩層樓板均開洞模型A，樓板不開洞模型B，僅2層樓板開洞模型C和僅4層樓板開洞模型D，分析其在自身開洞變化以及1層高度分別為5m，5．5m和6m時的抗震性能［3］。

3結(jié)果分析

3．1周期

由T=2πw=2πmk可知，當樓板開洞以后會對結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量產(chǎn)生影響，從而影響結(jié)構(gòu)的振動周期。經(jīng)計算分析各模型的周期詳見表1，表1中各模型的前三個周期分別為平動、平動、扭轉(zhuǎn)。從表中可以看出，當樓板開洞位置、層數(shù)和大小的變化對于結(jié)構(gòu)周期的影響并不明顯，變化幅度在2．1%以內(nèi)。1層高度的變化對周期的影響比樓板開洞位置、層數(shù)和大小的變化對周期的影響大，變化幅度在7%。隨著1層高度的增加，兩個平動周期和扭轉(zhuǎn)周期均逐漸變大，其中對于平動周期的影響要大于扭轉(zhuǎn)周期。平動周期和扭轉(zhuǎn)周期均在2層樓板開洞時達到最大，但和樓板不開洞時相差最小。從圖3可以看出第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期的比值并沒有隨樓板開洞層數(shù)、位置、大小以及1層層高的增加而發(fā)生明顯的變化，說明這些因素對于周期比的影響較小。

3．2位移角

從圖4～圖7中可以看出，各模型在地震作用下的最大位移角隨著開洞樓層位置、大小、層數(shù)和1層層高的增加而發(fā)生變化［4］，在X向，Y向地震作用下最大位移角均隨著1層層高的增加而減小;X，Y單向地震和雙向地震作用下的位移角的變化趨勢相同，且雙向地震時的各模型的最大位移角的大小與相應的單向地震時的位移角大小幾乎相同。對于X向單、雙向地震作用下的最大位移角，在層高為5m和5．5m時的變化趨勢相同，均在樓板2層開洞時最小，在4層樓板開洞時最大。由于地震作用時，結(jié)構(gòu)的質(zhì)量越大地震影響就越大結(jié)構(gòu)的最大位移角就越大，所以當2層、4層均開洞時比不開洞時X向地震作用下最大位移角?。?］。Y向單、雙向地震作用下的最大位移角呈現(xiàn)出U型變化趨勢一致，且隨1層層高的增加而均勻變化。當4層樓板開洞時位移角最大，2層樓板開洞時位移角最小。由以上可以說明樓板開洞不會影響X，Y單、雙向地震作用時最大位移角的變化趨勢。隨著1層層高的增加單、雙向地震作用下的最大位移角會逐漸減小。樓層不開洞時的最大位移角并不是最小的。從圖8～圖13中可知，當樓板不開洞與僅2層樓板開洞時X向地震作用下的最大位移角隨1層層高的變化趨勢相同，呈先上升后下降趨勢，且樓板不開洞時的位移角比僅2層樓板開洞時相應的各樓層位移角大;2層和4層樓板均開洞時與僅4層樓板開洞的位移角變化趨勢相同，呈現(xiàn)出逐步上升的趨勢，且僅4層樓板開洞的位移角大于兩層都開洞的位移角。對于各樓層Y向地震作用下的最大位移角隨樓層的變化均呈逐漸上升的趨勢。其中樓板不開洞和僅2層樓板開洞的變化相同，樓板開雙洞和僅4層樓板開洞的變化相同。Y向地震作用下的最大位移角的變化幅度大于相應的X向地震作用下的最大位移角的變化幅度。隨著1層層高的增加，X向，Y向地震作用時最大位移角的變化幅度逐漸減緩，但變化趨勢依然相同［6－7］。從圖14，圖15中可以看出1層的最大位移角均隨自身層高的增加而逐漸增大。1層層高的增加對中間兩層最大位移角的變化影響較小，對于頂層的影響要大于中間兩層。究其原因是因為頂層結(jié)構(gòu)體形收進，鞭梢效應引起的。X向地震作用下各層最大位移角的變化幅度要小于相應的Y向地震作用下各層最大位移角的變化幅度。層4結(jié)語樓板開洞的位置、大小以及樓層的變化對于框架結(jié)構(gòu)周期以及周期比的影響并不明顯，因為隨著樓層開洞，樓層的質(zhì)量和剛度都會發(fā)生變化。樓板開洞位置、大小、樓層的變化對X向，Y向地震作用下最大位移角的變化影響不同。最大位移角的變化趨勢與單、雙向地震作用無關。地震作用下各樓層的位移角變化趨勢隨開洞位置、大小和樓層的變化具有一定的規(guī)律性。首層層高的變化會影響地震作用下最大位移角的變化幅度。首層層高的變化對X向，Y向地震作用下的影響不同。結(jié)構(gòu)設計中要對開洞位置的梁、板進行加強以減小地震作用對最大位移角的影響。

作者:王玉剛 陳鴿 趙林 單位:四川華西建筑設計院有限公司 西安分公司新時代(西安)設計研究院有限公司