对带塔楼钢筋混凝土框架结构产生鞭梢效应的研究

【摘要】： 当前,在建筑顶部建造塔楼的结构体系应用日益增多,如楼(电)梯间、水箱间、小阁楼等。但历次震害表明,地震作用下屋顶塔楼地震响应强烈,即使在主体结构无震害或震害很轻的情况下,屋顶塔楼也会发生严重震害。因此,研究结构顶部塔楼在地震作用下的鞭梢效应,对避免或减轻地震时因鞭梢效应所带来的损失,具有重要的现实意义。 本文以某带屋顶塔楼的六层钢筋混凝土框架结构为算例,首先对结构的规则性进行判定,得出该框架结构的平面布置不规则;然后,对该框架结构假定出四种结构方案(方案一:无塔楼,方案二:一层塔楼,方案三:二层塔楼,方案四:三层塔楼),依据现行混凝土结构设计规范 (GB50010-2002)、建筑抗震设计规范(GB50011-2001),探讨当屋顶塔楼的高度发生改变时在地震作用下产生鞭梢效应的严重程度以及对主体结构的影响,得出以下结论: 1.在主体结构不变的情况下,增加屋顶塔楼的层数,将导致结构各阶模态的周期增大; 2.由模态分析得出,随着屋顶塔楼层数的增加,将使结构沿水平向的主振型由低阶转变为高阶,故需适当地重视结构高阶振型的影响; 3.结构最大侧向变形产生于结构的顶层,在顶层的边角部、结构的凹凸部位比其他部位产生更大的变形,随着塔楼层数增加,结构的最大变形逐渐由主体结构的顶层转移至塔楼的顶部,最大变形的影响范围在逐渐减小,说明屋顶塔楼高度的变化影响结构整体变形的分布; 4.沿Y向输入地震反应谱,方案一～三表现出左侧的变形总体上大于右侧,方案四则表现出右侧的变形大于左侧,说明当结构的长宽比较大时,将导致结构两端的变形不一致,容易引起结构的扭转效应; 5.增加屋顶塔楼的层数,主要引起主体结构顶层的楼层位移增大,同时亦引起其下部楼层的位移增大,塔楼的存在使得结构层间位移角的变化曲线多次产生突变,而且塔楼层数越多,产生的影响就越大; 6.与不考虑屋顶塔楼时相比,带塔楼时主体结构顶层的水平地震力均得到了不同程度的放大,与方案二相比,方案三、四第一层塔楼顶的水平地震力亦得到了放大,由屋顶塔楼产生鞭梢效应引起,塔楼层数越多,产生的鞭梢效应就越明显; 7.不同的地震波作用下,结构的整体变形表现不尽相同,说明选取多条地震波进行结构分析,可以较全面地掌握结构整体变形的分布情况。 本文为水平地震作用下带塔楼钢筋混凝土框架结构产生鞭梢效应的研究提供了一种方法,对工程技术人员亦有一定的参考价值。