通常情况下,大型购物中心结构体系选型可采用框架结构或框架-剪力墙结构。框架结构抗侧能力较弱,在水平荷载下侧向变形较大,体系缺少抗震二道防线,大震下往往震害较为严重。为避免框架结构上述缺陷,增设少量剪力墙,形成框架-剪力墙结构,但该体系受建筑功能限制,往往存在刚度突变、扭转等问题,并且少量剪力墙将会吸收大部分地震剪力而过早破坏,使得二道防线的结构名不副实。框架-消能墙结构指在原框架结构中设置适当的消能部件,消能部件在地震作用下吸收与消耗地震能量,减小结构地震反应,减缓结构振动,减小结构变形,保护主体结构不受损坏。消能部件的主要工作机制是通过消能器自身的相对变形或相对速度产生滞回耗能,为结构提供附加阻尼。该体系可有效规避框架结构以及框架-剪力墙结构的缺陷。1项目简介本项目业态为大型购物中心,地上6层,地下4层,地上建筑面积约为12 万m2,从嵌固端(即负一层板面)起算的结构高度为6 m。抗震设防类别为乙类,抗震设防烈度7度,设计地震分组为第三组,场地类别为Ⅱ类。结构中部由抗震缝划分成南mall和北mall,本文以南mall为例展开论述。2消能减震设计方案选型和布置根据本项目各个单体的建筑功能特点,采用消能墙作为结构的消能部件。消能墙由消能键和上下剪力墙组成,上下剪力墙与上下层框架梁紧密连接,将结构的层间位移传递给设置在上下剪力墙之间的消能键。消能墙构造如图1所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F001图1消能墙构造(1)消能墙具有良好的滞回性能,可有效耗散地震能量,减少地震响应。(2)消能墙的屈服位移较小,在地震作用下率先屈服耗能,起到了“消能阀”的作用,有效保护了主体结构构件,提高了结构的抗震性能。(3)消能墙平面布置灵活,可布置在建筑隔墙或建筑外墙中间,建筑空间适应性大。(4)消能墙中的关键构件消能键安装、更换方便,极大节约了安装和震后维修成本。消能墙的布置可根据需要沿结构的两个主轴方向分别设置,宜设置在结构变形较大的位置,根据本工程各单体结构的特性,为充分发挥消能墙的优势,同时避免消能墙布置对建筑使用功能的影响,消能墙尽量布置在建筑隔墙中间[1-2]。以4层为例,消能墙布置如图2所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F002图2南mall4层消能墙平面布置3大震弹塑性时程分析结果3.1整体计算结果分析南mall选用一组人工波、两组天然波,采用SAUSAGE软件进行了7度罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并对采用消能减震技术前后的结构性能进行对比分析,以验证消能墙的消能减震效果和采用消能减震技术后结构的抗震性能。(1)罕遇地震作用下结构仍保持直立,各组地震波作用下层间位移角均小于1/50,消能减震结构的最大层间位移角X向为1/152,Y向为1/144。(2)消能减震结构的自振周期略有减小,消能墙可为结构提供一定的初始弹性刚度,但各组地震波作用下采用消能减震技术后与采用消能减震前结构的基底剪力差异不大,消能墙主要通过滞回耗能减小结构地震反应。(3)在各组地震波作用下,采用消能减震技术后与消能减震技术前相比,结构X向顶点位移降低约9.6%~35.5%,最大层间位移角降低约13.8%~36.5%,Y向顶点位移降低约5.4%~32.1%,最大层间位移角降低约12.5%~34.0%,消能墙对降低结构位移响应的效果明显。(4)在大震作用下,消能减震结构的各层层间位移角均未超过框架结构弹塑性层间位移角限值1/50,消能减震结构可以满足大震不倒的性能要求。3.2楼层位移曲线对比以天然波1为例,结构采用消能减震技术后与采用消能减震技术前的楼层位移曲线和层间位移角曲线对比,采用消能减震技术后结构的楼层位移曲线和层间位移角曲线有较显著的减小,本结构设置消能墙的消能减震效果明显。X向楼层位移、位移角如图3、图4所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F003图3X向楼层位移10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F004图4X向位移角Y向楼层位移、位移角如图5、图6所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F005图5Y向楼层位移10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F006图6Y向位移角3.3地震能量曲线对比X主方向作用下消能墙(位移型阻尼器)滞回耗能约为地震输入总能量的25%,构件耗能(即图中应变能)约为地震输入总能量的14%;Y主方向作用下消能墙滞回耗能约为地震输入总能量的26%,构件耗能约为地震输入总能量的14%。天然波1作用下的地震能量曲线如图7、图8所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F007图7X主方向大震作用下的能量曲线10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F008图8Y主方向大震作用下的能量曲线消能墙起到了良好的滞回耗能作用,吸收了一部分地震能量,降低了结构构件的塑性损伤程度。3.4框架梁柱损伤情况(1)在罕遇地震作用下,采用消能减震技术后与采用消能减震技术前相比,框架梁柱的混凝土受压损伤和钢筋塑性应变明显减小,出现中度及中度以上损伤的构件数量减少。(2)仅少数柱底部混凝土受压损伤较大,大部分框架柱底混凝土受压为轻微~中度损伤;仅少量框架柱钢筋出现塑性应变。(3)部分梁端出现受压损伤或钢筋出现塑性应变,符合在罕遇地震下梁端耗能的需求。减震前后框架梁、柱性能统计如图9、图10所示。10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F009图9减震前、后框架梁性能统计10.3969/j.issn.2096-1936.2021.15.013.F010图10减震前、后框架柱性能统计4结语结构抗震性能与本地区抗震设防烈度(7度)的性能要求相比有明显提高。结构在大震下的性能水准(如层间位移角、结构变形耗能、构件损伤等)有较明显改善。消能部件合理选型布置,提高耗能效率,同时结合建筑功能及空间要求布置。

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