楼板开洞层对框架结构抗震性能影响的研究

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楼板开洞在工程上属于一种常见的现象,但目前国内外学者对于楼板开洞的研究方向主要还是停留在某一楼层的楼板开洞率以及楼板开洞的位置,而对于楼板连续开洞层以及楼板单层开洞层的分析还比较缺乏。针对上述问题,文章利用有限元软件建立大量模型,对结构不仅进行了线性的弹性分析,还进行了非线性的弹塑性分析,并且将计算结论与理论相结合,阐述不同楼板开洞楼层对框架结构整体抗震性能的影响。由于在多遇地震作用下,多层与高层框架结构的工作原理与破坏机理类似,因此本文仅以多层框架结构为研究模型。本文主要研究内容如下:(1)本文研究背景为一栋6层框架结构办公楼,以楼板开洞率与楼板开洞位置为控制因素,楼板连续开洞层与楼板单层开洞层为研究方向,楼板开洞对结构工作性能的影响参数为理论依据,通过对比有限元软件在静力弹性分析与静力弹塑性分析的计算结果,分析楼板连续开洞层与楼板单层开洞层对结构整体工作性能的影响。其中,楼板连续(单层)开洞层指的是对楼板开洞层从1层楼板开洞、2层楼板连续(单层)开洞……6层楼板连续(单层)开洞。(2)以楼板连续开洞层为研究方向,在不同楼板开洞率以及不同楼板开洞位置条件下,进行模态分析、振型分解反应谱分析以及静力弹塑性分析。研究结果表明,无论楼板开洞位置是在中部还是边部,当楼板开洞率一定时,随着楼板连续开洞层数的增加,结构的自振周期,最大层间位移角都是呈先增大后减小的趋势,该结论说明,当楼板连续开洞层数逐渐增加时,楼板开洞有助于增强结构的整体工作性能。通过分析不同条件计算得出的结构工作性能的影响参数,我们可以发现结构的自振周期与最大层间位移角的最大值主要集中于底层。而通过静力弹塑性分析塑性铰发展过程的分析,发现无论楼板开洞位置是在中部还是边部,随着楼板连续开洞层数的增加,结构处于破坏状态的塑性铰数量也是呈先增多后减少的趋势,且塑性铰的破坏点主要集中于底层。研究结果表明,楼板在底层开洞时,对结构的抗侧刚度的削弱较大。(3)在多遇地震作用下,利用静力弹性分析方法分析楼板连续开洞层与楼板单层开洞层对结构整体工作性能的影响;再通过静力弹塑性分析方法,来验证小震作用下静力弹性分析计算结论的正确性。通过计算结果以及塑性铰发展过程,分析发现,经过静力弹塑性分析,小震弹性分析结论仍然成立。(4)以楼板单层开洞层为研究方向,在不同楼板开洞率以及不同楼板开洞位置条件下,进行模态分析、振型分解反应谱分析以及静力弹塑性分析。分析发现,楼板单层开洞层分析计算结论与楼板连续开洞层分析计算结论相符。
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