1、 ：多类型地震下土 核心筒 框架结构响应评估收稿日期：作者简介：程剑（），男，国家一级注册建筑师，从事房地产管理工作程剑（合肥碧祥房地产有限公司，安徽 合肥 ）摘要：以一典型混凝土核心筒 框架结构作为用于数值模型分析的实际工程背景，考虑土 结构相互作用，利用有限元软件 对该结构体系在三条不同类型地震动水平向作用下的结构抗震性能与损伤情况进行了研究，研究成果揭示了混凝土核心筒 框架结构体系在地震作用下的薄弱部位，分析了该结构体系在不同类型地震动作用下的地震响应差异。关键词：混凝土核心筒 框架结构；不同类型地震动；土 结构相互作用；地震响应分析中图分类号：文献标识码：文章编号：（）在人类历史上多次
2、大地震的震害调查中，远震区的高层结构会有比普通结构更为强烈的地震反应，这往往是由于受到长周期地震动的影响 。随着土地资源的紧缺与结构抗震性能设计要求的提升，带地下室的混凝土核心筒 框架结构体系开始广泛出现 。受限于地震动资料与研究方法，目前关于混凝土核心筒 框架结构体系的地震响应与损伤情况研究仍然较少。因此，在不同类型地震动作用下，研究土 地基 核心筒 框架结构体系的地震响应与损伤情况具有十分重要的现实意义。本文以一典型混凝土核心筒 框架结构作为用于数值模型分析的实际工程背景，考虑土 结构相互作用的影响，利用有限元软件 对该结构体系在三条不同类型地震动水平向作用下的结构抗震性能与损伤情况进行了
3、研究，分析了该结构体系的薄弱部位以及地震动类型所导致的地震响应差异。工程概况本文以一典型混凝土核心筒 框架结构体系为实际工程背景，该结构体系剖面图如图 所示。结构地上部分为 层，地下部分为层，总高 ，宽 。其地上结构横向尺寸为 ，单层层高为 ，楼板厚 ，柱截面尺寸为 ，核心筒截面尺寸为 。地下结构横向尺寸为 ，单层层高为 ，楼板厚 ，柱截面尺寸为 ，核心筒截面尺寸为 。该结构体系采用的是标号为 的混凝土。本文计算场地土体参数选用具有代表性的典型土层地基 ，截取土体深度为 ，土层分布及其参数如表 所示。有限元模型的建立 土体和混凝土动力本构模型及参数使用 软件建立了土 地基 核心筒 框架结构体系
4、的数值分析模型，如图 所示。?表 土层分布及其参数土层层底深度 密度（）剪切波速 泊松比黏土 黏土 黏土 黏土 黏土 砂土 砂土 在建立有限元模型时，混凝土核心筒 框架结构体系和土体都采用平面应变单元 进行离散。其中，混凝土采用塑性损伤本构模型，其弹性模量取为 ，泊松比取为 。场地土体通过等效线性化模型来考虑其动力作用下的物理特性，同时它也能够体现土体一定的非线性属性。场地土体和结构之间的相互作用通过设置接触来对其进行模拟，其中法向采用硬接触，切向采用摩擦接触，且摩擦系数取为 。第 卷 第 期年 月山西建筑?土 地基 核心筒 框架结构体系计算模型的建立为了减小横向计算范围和人工边界对混凝土核心
5、筒 框架结构体系的地震响应影响，通过参考文献 的处理做法，将数值模型单侧宽度定为结构体系宽度 的 倍，故 二 维 数 值 模 型 的 计 算 范 围 为：。模型土体网格的划分尺寸则是满足 建议的表达式，使得波通过模型后仍能保持较高的精度。相互作用体系输入地震动为探究不同类型地震动的特性对目标结构体系的地震响应的影响情况，本文选取了常用的 波和 年中国台湾集集地震中的长周期地震波 波与普通地震波 波作为基岩输入地震动，其水平向加速度时域响应与傅氏变化幅值谱展示在图 中。表展示列举了选用的地震动的重要特征，包括持时、时间步长、卓越频率等。按 度抗震设防标准，本文将输入地震波的峰值加速度调整至 ，数
6、值模型共设计了三种工况：水 平 向 作 用；水 平 向 作 用；水平向作用。?表 地震波的特征信息地震动名称持时 时间步长 卓越频率 抗震性能分析与损伤评估 核心筒 框架结构体系侧向位移反应分析图 展 示 了 在 选 用 的 不 同 地 震 波 输 入 下 核 心筒 框架结构体系沿高度方向相对水平位移结果。由图 可知，结构体系的水平位移均呈倒三角形式，地下结构相较于地上结构具有更大的水平变形率。除此 之 外，波 作 用 下 的 水 平 位 移 最 大，为 ；波 次 之，水 平 位 移 为 ；波最小，水平位移为 。因此，长周期地震波 作用会导致该结构体系具有更大的位移反应。而两条普通地震波中，由
7、于 波的卓越频率更接近结构体系基频，因此结构体系的位移反应大于 波。?核心筒 框架结构体系应力反应分析图 给出了在选用的不同地震波输入下核心筒 框架结构的 应力云图。由图可知，低楼层的柱顶与柱脚、地下结构核心筒脚、地下结构底板是地震中核心筒 框架结构的抗震薄弱部位。所设计的不同输入工况下以上所述部位的 应力最值展示在表中，由此可得，在以上所述部位中地下结构核心筒脚的 应力值最大。地震波类型对应力大小的影响与位移反应基本一致。此外，长周期地震波 作用下，上部结构的薄弱部位发生了改变，在此类结构体系的抗震设计中需要予以重视。?核心筒 框架结构体系损伤分析进一步对核心筒 框架结构体系的损伤情况进行分
8、析，图 给出了核心筒 框架结构体系在三条地震波作用下的受拉损伤云图，由图 可知三种工况下，地下结构核心筒脚出现了最为明显的受损情况，是结构体系的抗震薄弱部位。此外，地下结构底板出现了不同程度的损伤，损伤因子如表 所示。可以发现，不同类型的地震波对于地下结构底板损伤的影响差异大于核心筒脚损伤。第 卷 第 期年 月山西建筑 核心筒 框架结构体系上部结构在三条地震波作用下均未出现损伤，表明该结构体系具有良好的抗震性能，在度抗震设防标准下安全度高。表 核心筒 框架结构薄弱部位应力 地震动名称上部结构薄弱部位应力值地下结构薄弱部位应力值 二层柱脚 核心筒脚 一层柱顶 核心筒脚 一层柱顶 核心筒脚?表 核
9、心筒 框架结构体系损伤地震动名称核心筒脚损伤值结构底板损伤值 结论通过本文的研究，可得到以下结论：）地震作用下核心筒 框架结构体系沿高度方向相对水平位移呈倒三角分布，地下结构相较于地上结构具有更大的水平变形率。）低楼层的柱顶与柱脚、地下结构核心筒脚、地下结构底板是地震中结构体系的抗震薄弱部位，这些区域会有较大的应力反应与损伤情况。）长周期地震动与卓越频率接近结构体系基频的地震动都会加剧结构地震反应。因此在核心筒 框架结构体系设计中，需要考虑不同类型地震动对核心筒 框架结构体系地震反应的影响。参考文献：王佳毅 高层结构在长周期地震动作用下的弹塑性响应 山西建筑，（）：张令心，姜冰，朱柏洁 高层型钢混凝土框架 混凝土核心筒混合结构地震破坏等级评估方法研究 土木工程学报，（增刊 ）：黄雨，叶为民，唐益群，等 上海深厚饱和覆盖土层的动力耦合地震反应分析 岩土力学，（）：庄海洋，吴滨，陈国兴，等 土 大型地铁地下车站结构动力接触效应研究 防灾减灾工程学报，（）：楼梦麟，王文剑，朱彤，等 土 结构体系振动台模型试验中土层边界影响问题 地震工程与工程振动，（）：，（）：（，）：，：；第 卷 第 期年 月程剑：多类型地震下土 核心筒 框架结构响应评估
