错层板柱与普通板柱结构体系的弹塑性分析

王杰 WANG Jie；史佳培 SHI Jia-pei

（中国联合工程公司，宁波 315000）

摘要： 错层板柱结构用地率高、层高低、造价节约，在停车库建筑中应用广泛[1]。但错层使楼板错置，削弱了楼板协调结构整体受力的性能。同时形成竖向短构件，受力集中。本文通过时程分析法对对两种结构进行水平地震作用下弹塑性分析，找出错层板柱结构的的抗震薄弱点。

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关键词 ： 错层板柱结构；普通板柱结构；有限元；薄弱层；弹塑性分析

中图分类号：TU398+.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0115-02

作者简介：王杰（1982-），男，浙江宁波人，研究方向为新型建筑结构；史佳培（1987-），男，浙江余姚人，研究方向为新型建筑结构。

1 有限元分析模型的建立

本文分析模型在错层处及外围均设边梁，并做如下假定：①墙体自重简化为梁自重；②基础与地面固结；③结构振动形式模型化。模型楼板采用Shell63单元，柱和梁均采用Beam188单元。

模型参数：混凝土强度等级C30，柱600mm×600mm，梁250mm×500mm，层高2.8m（共10层）。错层设在楼层中间，泊松比0.2，密度25kN/m3。抗震设防烈度7度，设计地震分组为第二组。

2 地震波的选取与调整

地震加速度最大值按规范采用。共选取4条考虑不同场地类型的实际强震记录，分别为迁安波（Ⅰ类）、Taft波（Ⅱ类）、El-Centro波（Ⅲ类）和天津波（Ⅳ类），并按比例法调幅加速度峰值。计算基本步长0.02s。时长10s。

3 弹塑性地震反应分析结果比较

模型先进行弹性分析，结果表明错层结构自振周期比普通结构略大，且地震反应均主要受第一振型影响。经过弹塑性地震反应分析，错层板柱结构变形极不协调。图3-6为各地震波作用下楼层最大位移和最大层间位移。表明在X向，错层结构的楼层位移和层间位移都大于普通结构。在Y向，除底部两层外，错层结构层间位移小于普通结构。说明错层板柱结构底部三层（结构高度的3/10）的反应较大，是结构抗震的重点部位。

分析比较柱的最大剪力，表明错层板柱结构柱最大剪力比普通结构柱的最大剪力大在X向和Y向分别大40％和60％以上（其中顶层柱剪力最大相差257％）。从最大剪力出现位置上看，错层柱的最大剪力出现在第二层，即出现在结构第一层错层位置，而普通结构是在第一层，且其数值比第一层大大60％以上，更进一步说明该位置为错层板柱结构抗震最不利点。表1为两种结构体系在四种地震波作用下柱的最大剪力。

4 结论

本文通过时程分析法，对错层板柱结构和普通板柱结构进行弹塑性地震反应分析，通过整体顶点位移、楼层层间位移及各部分柱的剪力等参数的比较。得到以下几点结论：

①两种结构控制周期均为平动周期，整体刚未出现较大变化。

②错层板柱结构错层柱的顶点最大位移大于其他柱。说明错层的存在，对整层柱的位移协调不利，即对结构体系的抗震不利。

③错层板柱结构层间位移（X向）大于普通板柱结构，特别在底部两层。其最大层间位移出现在第三层。说明错层板柱结构底部三层（结构高度的3/10）的层间位移控制是抗震重点。

④错层板柱结构的剪力比普通板柱结构大，特别是错层柱。此外，错层柱的最大剪力出现在结构第一错层处。因此要特别注意加强第一错层位置的抗剪承载力。

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参考文献：

[1]郭庆珍.解决城市“停车难”的途径之一——建设机械停车库[J].工业建筑，1996(6)：126-128.

[2]许巍，梁书亭，蒋永生.新型梁柱—板柱组合结构（住宅）体系的抗震性能分析[J].东南大学学报，2001，31（11）：9-13.

[3]Falamaki, M., Loo, Y. Punching Shear Tests of Half-Scale Reinforced Concrete Flat-Plate Models with Spandrel Beams[J].ACI Structural Journal, 1992(3): 263-271.