水平连接刚度突变的钢筋混凝土结构地震反应

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发布时间：2022-06-23

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[提要] 探讨具有水平连接刚度突变特征的钢筋混凝土结构的一般力学特点与动力反应分析方法。以莆田
市广播电视中心工程结构为例,揭示结构因水平连接刚度突变而导致的复杂振型、地震作用下局部动应力集
中等特点。通过有限元法模拟了水平连接刚度突变处不同的连接方案对结构动力特性与地震反应的影响。
[关键词] 混凝土结构水平连接刚度突变动力特性地震反应动应力集中
General mechanic differences and methods of dynamic response analysis of RC structure characterized by abrupt
change in horizontal connection stiffness are discussed. For structure of Putian Center of Radio, Film and TV，com-
plicated modals and stress concentration resulted from abrupt change in horizontal connection stiffness are reve
FEM.Different connective plans located in place of abrupt change in horizontal connection stiffness have effects on
structural dynamic properties and scismic response.
Keywords:abrupt change:horizontal connection stiffness:dynamic propertiesiseismic responsestress concentration
一、引言
振型与局部振型,包括刚度突变处两侧结构的错动、扭
《建筑抗震设计规范》1]要求建筑结构体系应具有
转等振型。
合理的刚度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部
在用有限元计算时，应对刚度突变处及周围一定
位,产生过大的应力集中或塑性变形集中。然而在实
范围内的结构构件加密划分网格,以得到应力集中部
际应用中,因为建筑功能或形式的要求,结构体系布置
位的详细应力场，指导刚度突变部位构件的细部设计。
经常存在水平向刚度突变的情况。目前缺乏对这种情
从地震耗能和降低应力集中的角度考虑,连接构件刚
况的研究。
度应小一些，显然这会加大结构整体侧移；从减小结构
二、水平连接刚度突变的钢筋混凝土结构动力反
侧移的角度考虑，则应选择较大刚度连接构件，而此举
应分析的一般问题
又会降低结构耗能能力，而且会导致更剧烈的应力集
从结构抗震分析的角度来研究具有水平连接刚度
中现象。下面通过工程数值分析详细讨论连接构件刚
突变特征的钢筋混凝土结构需要重点考虑两个问题：
度的选取问题。
一是结构振型特点及选取问题，二是刚度突变处结构
三、工程实例
构件的应力集中问题。现就这两个问题作简单讨论。
1.结构和有限元模型
振型分解时程分析法和反应谱法是结构抗震分析
福建莆田市广播电视中心是一座集电视播送、排
的基础[3],在采用上述方法计算一般结构地震响应时，
演、编辑和办公为一体的多功能高层建筑。工程场地
应当选取能够反映结构主要动力特征的足够多的振型
为Ⅱ类，抗震设防烈度7度，总建筑面积约13 560m2，
参与计算。对于刚度分布均匀的结构，通常只需选取
包括主楼和裙楼两部分，结构标准层平面布置如图1
结构前几阶振型即可。如果把此原则应用于具有水平
所示。结构主楼地下2层,地上15层,平面布置为大小
连接刚度突变特征的钢筋混凝土结构,则会导致相当
相连的两个多边形筒，主楼结构形式为框架剪力墙结
大的误差，其根本原因在于此类结构振型复杂，复合状
构，大筒高59.4m，小筒部分有3层突出屋面的塔楼，
态振型和局部振型数量明显增多,而且在刚度突变处
塔楼结构顶标高为69.3m。结构地上层高：层1为
两侧的结构存在互相错动、扭转等多种振型形式。因
4.8m,层2～8为4.2m,层9~17为3.6m,顶层塔楼为
此，必须有足够多的振型数参与此类结构的计算，通常
2.7m。结构大筒内设有大空间演播室,水平位置处于
没有一个统一的公式来确定计算中需要考虑的振型数
图1中轴D,⑤与轴®,①相交位置,竖向分布于结构
目。选取振型数目时必须考虑两个原则[3]：一是必须
标高0-9m,13.2～21.6m,25.8～32.2m。
包含反映结构整体平移、轴向变形以及扭转变形的振
*国家自然科学基金资助项目（批准号：50078028）；清华大学博士
型；二是包含因结构水平连接刚度突变而产生的复合
生科研创新基金。