帶板式轉(zhuǎn)換層的高層建筑的振動臺試驗(yàn)

楊 清 劉玉娟 張植瑋

(1山東科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院 山東 青島 266510 2山東省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 青島 266510)

帶板式轉(zhuǎn)換層的高層建筑的振動臺試驗(yàn)

楊 清 劉玉娟 張植瑋

(1山東科技大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院 山東 青島 266510 2山東省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 青島 266510)

本試驗(yàn)采用的鋼筋混凝土建筑是帶有一個三級裙房和一個2.7米厚的轉(zhuǎn)換板的34層的典型建筑。鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換層將基本層上的荷載從墻轉(zhuǎn)換到三級裙房的框筒上。將高層建筑按照1：20的比例建模型進(jìn)行試驗(yàn)。

高層建筑；轉(zhuǎn)換板；地震影響；鋼筋混凝土板；振動臺實(shí)驗(yàn)

地震等級 破壞現(xiàn)象及類型 狀態(tài)小震 無明顯振動，有一些不明顯的小裂縫 正常使用狀態(tài)中震 有明顯的振動，轉(zhuǎn)換層上的層有8處新的破壞 正常使用狀態(tài)大震 振動明顯，轉(zhuǎn)換層上的層和頂層有32處新的破壞中度受損,沒有崩潰,需要修理特大震 轉(zhuǎn)換層以上的建筑物水平完整性遭到破壞 破壞

現(xiàn)在在人口稠密的城市高層建筑已經(jīng)很常見了。在高層建筑結(jié)構(gòu)中,由于使用功能的要求,結(jié)構(gòu)下部幾層需要大空間,而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)沿豎向抗側(cè)移剛度有較大變化。為了滿足設(shè)施需要，柱和剪力墻通常都是有規(guī)律的設(shè)置在轉(zhuǎn)換層上，如游泳池、購物中心、停車場、公共交通等基礎(chǔ)設(shè)施。轉(zhuǎn)換板可以重新分配荷載，可將荷載從上面的剪力墻傳到下面的框筒和核心墻上。一般,轉(zhuǎn)化板可以很容易地改善建筑布局，提供無柱開放空間。因此,轉(zhuǎn)換板在高層建筑中的應(yīng)用在地震稀有的地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，例如香港。轉(zhuǎn)換板的主要缺點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換層處橫向剛度突變，因此若在高層建筑中使用轉(zhuǎn)換板很容易造成震害。曾有人經(jīng)過數(shù)值研究得出結(jié)論：如果建筑物的首層機(jī)制發(fā)生了破壞，那么該建筑物就不可避免的必定發(fā)生破壞。

振動臺試驗(yàn)是用來評估鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的最常用技術(shù)之一。試驗(yàn)時在模型結(jié)構(gòu)上布置了加速度傳感器、位移傳感器和應(yīng)變片以測定模型結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)。本試驗(yàn)的目的是評估一個帶有轉(zhuǎn)換層的高層建筑的抗震性能，本文總結(jié)了振動臺測試結(jié)果和按照1:20的比例所建的模型在受到不同等級的地震時的抗震穩(wěn)定性。振動臺試驗(yàn)是在五個連續(xù)階段進(jìn)行的，每個階段之間的震級按比例逐漸增大。通常認(rèn)為中等地震去的四個地震等級分別為小震、中震、大震以及特大震。每個地震級都有一組其他三個地震級關(guān)于巖石層、中土層、軟土層的記錄。

上表中總結(jié)了從模型試驗(yàn)過程中觀察到的在各級地震作用下結(jié)構(gòu)的破壞過程。在小震作用下，建筑物沒有明顯的顫抖,沒有觀察到的結(jié)構(gòu)的破壞?；谀Ｐ偷捻憫?yīng),預(yù)測原型建筑在小震后仍處在正常使用狀態(tài)，沒有任何結(jié)構(gòu)性修復(fù)的必要。在中等地震的影響下,模型有少量的振動反應(yīng)，縫被發(fā)生在第四和第八層之間的墻。預(yù)測原型建筑仍可正常使用，雖然沒有必要加加固原型建筑,但結(jié)構(gòu)的一些部分必須要修理。遭受到大震時，模型有顯著的振動，在中層和頂層以及轉(zhuǎn)換層上的層都可看到大量的裂縫，中間層的中央核心開口處出現(xiàn)斜裂縫。盡管混凝土沒有剝落,但模型已嚴(yán)重受損,出現(xiàn)了相當(dāng)大的非彈性行為。預(yù)測原型建筑大地震后不會崩潰,但是會失去大部分的橫向承載力，將需要大范圍的改造工作。當(dāng)軟土層收到特大震時，模型的結(jié)構(gòu)完整性被破壞，模型的上部折斷，離開了轉(zhuǎn)換層上的裙房。破壞的主要原因是由于轉(zhuǎn)換層上的南部的剪力墻附近拉伸斷裂南，許多構(gòu)件被嚴(yán)重破壞，水平裂縫已經(jīng)把剪力墻從四樓和十樓切成了兩半，見下圖。大量的混凝土已經(jīng)剝落，屈曲加強(qiáng)，還觀察到內(nèi)墻壁混凝土也已經(jīng)剝落發(fā)生了剪切破壞，所有層的地面表層都出現(xiàn)了水平裂縫?？偟膩碚f就是該模型已嚴(yán)重受損,無法修復(fù),馬上就要坍塌。

破壞模式圖

結(jié)論

模型代表了一個帶有2.7米厚轉(zhuǎn)換層的高層建筑，該模型是按照1:20的比例構(gòu)建的。將模型放在振動臺上進(jìn)行測試，觀察來自中級地震區(qū)域的建筑模型受到小震、中震、大震、特大震影響下的地震反應(yīng)。下面的結(jié)論是基于用于研究中的有限數(shù)量的地震記錄和有限的小規(guī)模建模的基礎(chǔ)上得出的：

1. 基于振動臺模型試驗(yàn)得出的結(jié)果，可以預(yù)測高層建筑遭受大地震時不會崩潰，要想將損失降到最低，需要減少轉(zhuǎn)換層處的任何可能出現(xiàn)的剛度變化。

2. 盡管轉(zhuǎn)換層處的水平剛度有顯著減少，大約有 76%的降低，大部分的破壞發(fā)生在轉(zhuǎn)換層以上的層，但是對于高層建筑來說，使用橫向剛度的比值來檢測軟弱層可能不太試用。

3. 盡管基于環(huán)境振動的基礎(chǔ)上測量的模型的基本頻率可以提供用于判斷建筑物破壞程度的一般指南，但是更好的參照是基于加速度譜的譜頻率法。在一個結(jié)構(gòu)體系中,如果發(fā)生嚴(yán)重破壞,光譜的頻率將會減少40%,如果發(fā)生崩潰，光譜的頻率將會減少60%。這個規(guī)律只適用于高層建筑,類似于本試驗(yàn)采用的原型建筑。

4. 變形測量在損失評估中能夠提供良好的指南，特別是,層間位移與結(jié)構(gòu)損傷的程度有關(guān)。對于一個含有剪力墻的結(jié)構(gòu)體系來說，如果層間位移接近 1/1000，在1/300-1 / 700之間，在1/80-1 / 200之間，將會分別出現(xiàn)輕微受損,中度受損，嚴(yán)重受損。

[1]林皋等結(jié)構(gòu)動力模型試驗(yàn)的相似技巧大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)2000。

[2]崔風(fēng)等帶填充墻的新型梁柱一板柱組合結(jié)構(gòu)振動臺試驗(yàn)研究東南大學(xué)學(xué)報(bào)2002。

[3]張晉呂志濤短肢剪力墻一筒體結(jié)構(gòu)模型振動臺試驗(yàn)研究東南大學(xué)學(xué)報(bào)2001。

[4]鄭山鎖，動力試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谌我馀渲貤l件下與原型結(jié)構(gòu)的相似關(guān)系[J].工業(yè)建筑，2000年第3期.

[5]葛映宇.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)二維振動臺試驗(yàn)結(jié)果分析研究.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2000

[6]蔡樂剛.上海浦東香格里拉酒店擴(kuò)建工程振動臺試驗(yàn)誤差分析與研究.上海:同濟(jì)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2005

楊清（1991-），女，山東煙臺人，碩士研究生，主要從事鋼結(jié)構(gòu)方面的研究。

G322

B

1007-6344（2016）03-0258-01

?