高层建筑结构概念设计中的双向刚度不均匀破坏问题及解决方法

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图4-14a是计算得到的振型，其中第一振型为纵向振动，第二振型为扭转振动，第三振型为横向与扭转耦联的振动。明显可见结构东面的振动变形较大。1999年台湾集集地震中民居楼的破坏也是双向刚度相差过大的典型。图4-13 ICSB结构平面、剖面图a）底层平面 b）二层平面 c）纵剖面 d）横剖面图4-14 ICSB结构分析结果a）结构振型 b）底层柱的承载力与地震作用下内力的比较由于楼梯间的布置不同，结构的纵、横向具有不同的刚度，地震破坏也不相同。

（1）1979年10月15日在美国帝国峡谷的一次地震中（震级6.5），Imperial County Services Building（简称ICSB，距震中18英里）遭受严重破坏^[42]。这是一幢6层的钢筋混凝土框架—剪力墙结构，按美国规范UBC1967设计，但是在结构布置和配筋构造上，有很多不合理的地方。图4-13是该结构的平面和剖面图，由图可见，它只沿横向布置了剪力墙，而且上层和底层的剪力墙不在同一轴线上；纵向没有剪力墙，是很柔的框架结构；房屋的底层是敞开式的。考虑上、下剪力墙的剪力传递，1层楼板加厚到130mm。地震造成的破坏在东面三个轴线最为严重，底层柱子脆性断裂，Ⓕ轴线的柱折断，塌落最大，Ⓔ、Ⓓ轴线的柱子破坏依次减轻，几乎所有柱子都在底截面和顶截面有裂缝；柱子塌落造成一层楼板断裂，东端塌落23cm，其他各层楼板也都有裂缝。底层的墙和梁都有弯曲裂缝和混凝土剥落现象。

震后进行现场检查，对混凝土取样进行实测，并用程序进行分析，ETABS程序对原结构计算的前3阶弹性自振频率（1.46Hz，2.27Hz，2.56Hz）和地震前进行的脉动实测频率（1.54Hz，2.25Hz，2.56Hz）接近，说明所建模型是可信的。图4_-14a是计算得到的振型，其中第一振型为纵向振动，第二振型为扭转振动，第三振型为横向与扭转耦联的振动。明显可见结构东面的振动变形较大。分析说明，剪力墙单向布置且底层不对称造成东端变形过大，该结构的纵向及扭转刚度太弱。

此外，由分析可知，实际地震作用大于设计地震作用，图4-14b中实线是柱子承载力的M—N关系曲线，按实际地震作用计算的底层F1和F2柱的内力（用圆点表示）均在承载力曲线之外，远远超过其设计承载力。底层柱除了承载力不足以外，柱子的箍筋加密区也布置不当，见图4-15，柱端箍筋加密区布置在地面以下的基础顶面上，柱与一层楼板相接，且截面收小，楼板形成柱的支点，在此支点以上柱子没有加密箍筋，柱的抗剪箍筋不足，造成底层柱在地面以上发生脆性破坏。

（2）1999年台湾集集地震中民居楼（俗称透天厝）的破坏也是双向刚度相差过大的典型。“透天厝”由连户住宅组成，每户开间宽约4～5m，纵深约10m以上，楼高约3～4层，一般由钢筋混凝土框架和砖砌体做成，其平面有两类，如图4-16a、b所示，通常一楼为商店店面或自家的客厅、餐厅，楼上为居住部分。