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随着城市用地的日趋紧张和城市汽车数量的急剧增加,停车问题已成为一个现代化城市所必须解决的课题。板柱结构可以有效降低层高和增大使用空间,将其应用于停车库这一类活荷载较大并且需要大面积使用空间的结构中经济效益较为明显;而错层结构具有合理利用停车空间的优点,因此将“错层”和“板术”两者相结合运用于停车库建筑,既提高了用地效率,节约工程造价,又压缩了层高,充分发挥厚板的承载能力,可以达到良好的经济效益和社会效益。目前,错层板柱结构作为一种新型的结构体系,其抗震性能的研究还处在起步阶段,尤其是对其体系的抗震性能缺乏深入、全面的研究。
本文首先分析介绍了板柱结构和错层结构的研究现状,并对错层板柱结构的研究和发展状况特别是错层板柱结构节点的研究概况作了简要的介绍。
然后,通过有限元软件ANSYS对错层板柱结构体系和普通板柱结构体系进行了时程分析。首先介绍了时程分析方法的基本理论及有限元时程分析采用的计算方法-Newmark-β法,并对有限元分析的力学分析模型进行了分析。然后选用了四种代表不同场地类别的地震波,分别对两种结构体系进行了多遇地震作用下的弹性地震反应分析和罕遇地震作用下的弹塑性地震反应分析。分析认为在地震作用下,错层板柱结构由于错层的存在,其楼层各柱的位移非常不协调,对结构抗震极为不利。错层板柱结构错层柱的剪力普遍要比普通板柱结构大,其中体系长轴方向(X向)和短轴方向(Y向)分别要大40%和60%以上,而且与普通板柱结构不同的是,结构柱的最大剪力不是出现在底层,而是出现在结构的第一错层柱位置。错层板柱结构在X向的层间位移普遍大于普通板柱结构,特别是底部两层,同时错层板柱结构的最大层间位移出现在第三层。说明对于错层板柱结构,底部三层的层间位移的控制是结构抗震的重点之处。
在此基础上,本文提出了三种不同的抗震措施,分别是底部连通、顶部连通和加剪力墙,并用有限元软件ANSYS对这三种结构体系进行了时程分析。分析认为对错层板柱结构加剪力墙是解决结构抗震性能差的最有利的方法,其中位移下降15%以上,剪力下降40%以上。同时采取顶部连通的方法也对结构抗震性能有一定的帮助作用。但对于加剪力墙后,结构体系的薄弱位置和柱最大剪力位置都有上移,这点要引起注意。而底部连通体系对错层板柱结构的抗震性能影响不大。
本文最后运用有限元软件SAP2000对错层板柱结构体系进行静力弹塑性Push-over分析。分析认为结构柱子过早地出现了塑性铰,特别是错层柱出现的塑性铰最早。说明错层的存在对结构的抗震性能,特别是柱的影响是非常大的。同时对采取三种不同抗震措施的错层板柱结构进行静力弹塑性Push-over分析,比较了四种结构体系的抗震性能,认为在采取加剪力墙后,结构的抗震性能显著提高,项部连通后对结构的抗震性能也有较为有利的影响,特别是对顶点位移的控制。而底部连通后,结构的抗震性能反而下降。建议采取加剪力墙和顶部连通的抗震措施,而不建议采用底部连通的抗震措施。若必须采用底部连通结构,建议设计时抗震等级增加一级。