[科普中國]-帶板

帶板有限元計算分析

1 裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)計算中兩種模型的裂縫發(fā)展模型SW1的初始裂縫出現(xiàn)在上部梁的左下角，隨著荷載增加，上下部梁左下角、右下角均開始出現(xiàn)裂縫，連梁與墻肢連接處裂縫成扇形發(fā)展，連梁裂縫由端部向梁中間發(fā)展，裂縫發(fā)展持續(xù)階段較長。當(dāng)荷載增至一定程度時，SW1上部梁左下角裂縫和右上角裂縫貫通，連梁完全破壞，具有明顯的彎剪破壞特征，而后剪力墻的墻肢底部受拉區(qū)破壞，結(jié)構(gòu)完全喪失承載能力。從整個加載過程看，裂縫出現(xiàn)后，結(jié)構(gòu)仍具有很高的抗側(cè)變形能力，其破壞形態(tài)屬于延性破壞。

模型SW2的初始裂縫出現(xiàn)在連梁左下角處，隨著荷載不斷增大，裂縫逐步擴(kuò)展，連梁左下角、右上角均出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，連梁兩端部裂縫呈扇形發(fā)展，且有明顯的豎向裂縫擴(kuò)展趨勢。在結(jié)構(gòu)達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時，裂縫由連梁向受拉墻肢蔓延，連梁與受拉墻肢連接處出現(xiàn)剪切破壞，受拉墻肢迅速開裂，結(jié)構(gòu)完全喪失承載能力，其破壞形態(tài)屬于脆性破壞。

2 連梁內(nèi)力對比分析為了研究連梁開縫對連梁內(nèi)力的影響，將雙連梁上下梁內(nèi)力疊加，比較其總內(nèi)力與單連梁內(nèi)力的不同。兩種模型的軸力發(fā)展曲線較為接近，在相同荷載作用下，雙連梁的軸力稍大于單連梁，但變化程度小，說明連梁的開縫多少對水平力的傳遞影響不大。

在相同荷載作用下，單連梁的剪力大于雙連梁，且隨著荷載增加，兩者間的差距越發(fā)明顯。當(dāng)加載至雙連梁極限狀態(tài)時，單連梁剪力是雙連梁的1.38倍，說明雙連梁方案能有效降低連梁剪力。在相同荷載作用下，單連梁的彎矩大于雙連梁。當(dāng)加載至雙連梁極限狀態(tài)時，單連梁彎矩是雙連梁的1.22倍，說明連梁開縫能有效降低連梁彎矩。

3 墻肢內(nèi)力對比分析剪力墻的墻肢與連梁作為一個整體結(jié)構(gòu)共同受力，連梁內(nèi)力的變化必然會引起墻肢截面內(nèi)力變化。為了研究連梁開縫對墻肢內(nèi)力的影響，選取墻肢底部截面為分析對象。兩種模型均為左側(cè)墻肢受拉、右側(cè)墻肢受壓（拉為正、壓為負(fù)），兩側(cè)墻肢軸力發(fā)展曲線十分相似。在相同荷載作用下，雙連梁墻肢所受軸力小于單連梁，且隨著荷載增加，兩者間差距越發(fā)明顯，在雙連梁結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)時，單連梁左側(cè)墻肢軸力是雙連梁的1.38倍，右側(cè)墻肢軸力是雙連梁的1.33倍。由此可知，雙連梁結(jié)構(gòu)形式在降低連梁內(nèi)力的同時，也能減小墻肢截面在水平荷載作用下產(chǎn)生的軸力，延緩墻肢的受拉破壞。

兩種模型的墻肢剪力發(fā)展曲線基本重合，在相同水平荷載作用下，均為右側(cè)墻肢截面所受剪力大于左側(cè)墻肢截面，兩種模型單側(cè)墻肢所受剪力大致相等，說明雙連梁結(jié)構(gòu)形式對結(jié)構(gòu)水平力的傳遞無明顯影響。與上述“兩種模型連梁所受的軸力大致相等、雙連梁結(jié)構(gòu)不影響水平力的傳遞”這一結(jié)論十分吻合。

在相同水平荷載作用下，兩種模型右側(cè)墻肢底部截面所承擔(dān)的彎矩均大于左側(cè)墻肢，且雙連梁的單側(cè)墻肢截面彎矩大于單連梁，在雙連梁結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)時，其左側(cè)墻肢底部截面彎矩是單連梁結(jié)構(gòu)的1.22倍，右側(cè)墻肢底部截面彎矩是單連梁的1.10倍。1

帶板工程實例計算分析工程概況該工程為寶利長江道項目一號樓，位于天津市南開區(qū)長江道與南豐路交口，建筑面積為39147m，其中地上建筑面積37230m，地下建筑面積為1917m；地下2層，為大底盤地下室，采用鉆孔灌注樁，樁筏基礎(chǔ)。地上38層，建筑高度為149.95m，地上1～4層用于商業(yè)，4層以上為辦公區(qū)，為B級高度框架-核心筒結(jié)構(gòu)。

該工程框架-核芯筒結(jié)構(gòu)地上部分呈矩形，平面布置符合規(guī)范要求。建筑第12、24層為避難層，層高有突變（此層高為4.8m，相鄰的標(biāo)準(zhǔn)層高為3.6m），豎向剛度不連續(xù)。結(jié)構(gòu)長寬比為1.1，高寬比為5.25，符合JGJ3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中7度抗震設(shè)防烈度時框架-核芯筒結(jié)構(gòu)最大高寬比限值為7的規(guī)定。核芯筒貫穿建筑物全高且定位居中，筒體外圍尺寸為15.5m×13.5m，核芯筒剪力墻的墻肢均勻?qū)ΨQ，筒體完整且開洞率低。設(shè)計地震分組一組，抗震設(shè)防烈度為7度（0.15g），場地類別三類，特征周期0.51s，框架及剪力墻抗震等級均為一級，荷載取值符合GB50009—2001《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》要求。

彈性反應(yīng)譜分析本工程對于跨高比較大的連梁已采用設(shè)置水平縫形成雙連梁的方式減小連梁的高跨比，提高其延性。為了驗證上述有限元軟件分析得出的結(jié)論，將本工程原PKPM模型中采用雙連梁的部位全部轉(zhuǎn)化為單連梁，其他控制條件不變（以下簡稱方案B），用SATAWE程序進(jìn)行彈性靜力分析與原方案（以下簡稱方案A）進(jìn)行對比分析。分析中上部結(jié)構(gòu)和地下室為一整體，嵌固端設(shè)在地下室底板，地震作用和風(fēng)荷載按兩個主軸方向作用，并且考慮5%偶然偏心地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響。

結(jié)構(gòu)自振周期

JGJ3—2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減小扭轉(zhuǎn)的影響。B級高度高層建筑，其結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1的比值不應(yīng)大于0.85。在計算結(jié)果中，對某一振型的自振周期而言，若平動系數(shù)為1，則說明該周期為以平動為主的第一周期；若扭轉(zhuǎn)系數(shù)為1，則說明該周期為以扭轉(zhuǎn)為主的第一周期。其結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期的比值2.5996/3.7189=0.699