关于框架-剪力墙结构与板柱-剪力墙结构在工程中抗震性能的比较及经济分析

·1093·理论与实践建筑工程技术与设计2014年10月上关于框架-剪力墙结构与板柱-剪力墙结构在工程中抗震性能的比较及经济分析孙丽军尹有君（大连市建筑设计研究院有限公司辽宁大连116021）【摘要】框架-剪力墙结构和板柱-剪力墙结构是工程建筑中常见的结构形式，对两者抗震性能及其影响因素进行研究，不仅具有重要理论价值，同样具有工程实践意义。本文以某建筑物为例，比较框架-剪力墙结构和板柱-剪力墙结构抗震性能，并分析其经济性能。【关键词】框架-剪力墙结构；板柱-剪力墙结构；抗震性能框架-剪力墙结构在高层建筑中应用广泛，其抗震性能整体研究比较多。而板柱-剪力墙结构抗震性能研究主要集中在节点试验和较低层数的振动台试验上，在理论方面研究还有待加强。特别是针对板柱-剪力墙结构在经历不同震级影响下真实反应的研究非常有限。虽然目前我国建筑抗震设计规范对板柱-剪力墙结构最大适应高度有所改善和提升，但是与框架-剪力墙结构比较，还存在一定差距，因此有必要将两者抗震性能做出比较。一、工程实例本文计算模型以某商用建筑为例，其中A区为高层建筑，总层数为25层（包括地下室1层），建筑总高为76m，主要采用框架-剪力墙结构对建筑物本身水平荷载力、垂直荷载力进行承受，并应用刚性建筑结构体系承受水平侧力。B区为8层板柱-剪力墙结构建筑物。具体详见表1。表1工程简介工程名称A区B区层数258高度首层5.5m，其他平均高度4.6m首层5.4m，其他平均高度3.9m结构形式框架-剪力墙结构板柱-剪力墙结构±0.000相当于绝对标高49.0m抗震等级及耐火等级抗震设防烈度为7度耐火等级为一级注：A区采用SATWE方法对地震反应进行研究，并采用PMSAP分析结果；B区采用SATWE方法对地震反应进行研究，并采用TAT分析结果。荷载工况：根据《建筑抗震设防分类标准》[1]，本建筑抗震设防类别：A级高度；结构安全：Ⅱ级；抗震设防烈度：7度；而框架、剪力墙抗震等级为Ⅱ级；地震加速度设置为0.15g,特征周期0.45s，水平方向地震对建筑物影响系数达到最大值时是0.12。二、抗震性能比较（一）框架-剪力墙结构上世纪80年代，为进一步验证框架-剪力墙结构抗震性能，美国和日本联合对1个7层框架-剪力墙结构模型进行振动台试验[2]。本次抗震性能比较工作充分根据两国现行建筑规范，对模型进行设计，并预先分析出结构计算结果。将模型结构平行方向设置为X。1.地震波选取。地震反应分析工作应用时程分析法，需要选择不同地震波进行记录，主要记录内容为加速度值，将其输入到相应结构中，便可有效计算地震反应。地震波选取时要充分考虑到三个主要影响因素：一是地面加速度最高值，即代表地震过程中建筑物所在地面运动效果和剧烈程度；二是地震发生过程中频谱特性，主要是指地面运动；三是强烈地震持续时间[3]。抗震波选取时，主要有两种方法，即直接使用强震记录和人工地震波。其中人工地震波以实测地震波作为基础，并根据其特征总结相关规律，因此非常具有代表。2.振形特点。根据模型自振周期总结出前10阶振型图，并根据振型图总结出前6阶振型特征，如表2所示。表2A区建筑物框架-剪力墙结构前6阶振型特征振型振型特征振型振型特征振型振型特征1X向一阶2Y向一阶3扭转一阶4X向二阶5Y向二阶6扭转二阶从振型特征、SATWE计算结果分析可得出结果：框架-剪力墙结构第一、二振型周期分别为、2.01s和1.63s，沿着高度方向判断位移分布，则呈现出显著弯曲状态，且上部变形情况比较严重，底部变形范围则比较小，能够满足前两阶振型不能扭转的相关规定。《高层建筑混凝土结构技术规程》[4-5]中规定A级高度建筑物周期比应≤0.9。从框架-剪力墙结构扭转变形分布特征看，A区建筑物结构未出现明显局部位移放大情况，说明其整体协调性能良好。且结构平面布置科学合理，分布比较对称，立面质量、刚度分布均匀，抗扭转能力能够满足规范要求，说明本框架-剪力墙结构计算方法适用于本次研究。（二）板柱-剪力墙结构从SATWE计算结果看出，B区建筑物板柱-剪力墙结构第一、二振型周期分别为1.58s和1.51s，沿着高度方向判断位移分布特点与A区建筑物基本相同，即弯曲型位，能够满足前两阶振型不能扭转的相关规定。第一、二振型周期差值很小，板柱-剪力墙结构刚度分布比较均匀。第三振型为“绕Z扭转”类振型模式，其周期为1.42s，其结构抗扭转水平基本满足规范，从表3中所列数据可看出，通过SATWE和TAT方法计算自振周期时，其第一振型计算结果与SATWE相比，仅高出0.2%左右，两种计算结果差异不大，可忽略不做计数。表3板柱-剪力墙结构相关计算结果（单位：S）（截取）振型SATWETAT振型SATWETAT11.58041.582561.03341.041221.51861.517670.54520.543631.42731.431580.53100.529541.31911.325490.50570.505151.10351.1072100.45760.4570（三）结论及经济性分析框架-剪力墙结构和板柱-剪力墙结构在7度罕遇地震影响下，弹塑性层间最大位移角度能够满足相关《抗震规范》中规定和要求，并达到要求的百分之一，且两种结构均未出现倒塌机制。说明板柱-剪力墙结构抗震性能和框架-剪力墙结构比较相近。两者经济性比较：框架-剪力墙结构稳定，具有良好经济效益；板柱-剪力墙空间灵活性较差，不适宜应用在商铺建筑物建设中，并且成本比较高。进一步说明虽然目前我国建筑抗震设计规范对板柱-剪力墙结构最大适应高度相关规定存在一定限制，但板柱-剪力墙结构与框架-剪力墙结构抗震性能比较相近，在条件适宜情况下可推广使用。结束语：文章以某25层高层建筑(框架-剪力墙结构)和8层建筑物(板柱-框架结构)作为研究对象，通过介绍工程简介、荷载工况，重点指出地震波选取方法和原则，并对两种结构形态进行对比。得出以下结论：两种结构抗扭转水平均能满足相关要求，且在地震作用影响下扭转破坏程度较小，具备良好整体性和稳定性。参考文献：[1]蒋永生，梁书亭，陈德文，等.新型梁柱-板柱组合结构(住宅)体系的试验研究[J].土木工程学报，2010，10(18):115～120.[2]魏琏，王森，韦承基.水平地震作用下不对称不规则结构的抗扭设计方法研究[J].建筑结构，2012，5(4):102～107.[3]马玉宏.基于性态的抗震设防标准研究[D].哈尔滨:中国地震局工:程力学研究所，2010（8）.[4]刘晶波，李彬，刘祥庆.地下结构抗震设计中的静力弹塑性分析方法[J].工程建设，2011，3（13）：68～76.[5]陈有厍,谢礼立,杨玉成.框架-剪力墙结构抗震性能分析[J].地震工程研究，2011，6（4）：51～55.关于框架-剪力墙结构与板柱-剪力墙结构在工程中抗震性能的比较及经济分析作者：孙丽军，尹有君作者单位：大连市建筑设计研究院有限公司辽宁大连116021刊名：建筑工程技术与设计英文刊名：ArchitecturalEngineeringTechnologyandBesign年，卷(期)：2014(28)参考文献(5条)1.蒋永生;梁书亭;陈德文新型梁柱-板柱组合结构(住宅)体系的试验研究2010(18)2.魏琏;王森;韦承基水平地震作用下不对称不规则结构的抗扭设计方法研究2012(04)3.马玉宏基于性态的抗震设防标准研究20104.刘晶波;李彬;刘祥庆地下结构抗震设计中的静力弹塑性分析方法2011(13)5.陈有厍;谢礼立;杨玉成框架-剪力墙结构抗震性能分析2011(04)引用本文格式：孙丽军.尹有君关于框架-剪力墙结构与板柱-剪力墙结构在工程中抗震性能的比较及经济分析[期刊论文]-建筑工程技术与设计2014(28)