1、多层剪力墙结构的抗震性能分析及加固改造思路摘要：对于多层建筑，往往采用框架结构形式、砖混结构形式，但是随着经济的发展，多层建筑采用剪力墙结构形式或者大量采用混凝土墙替代填充墙的情况越来越多，对于承受竖向荷载及风产生的水平荷载，剪力墙是越多越好的。但是对于地震力，结果却未必。本文通过对已建多层剪力墙结构的大震作用分析及根据分析结果进行改造，得出多层剪力墙结构设计的注意事项，对多层建筑采用剪力墙结构形式的地震分析有一定的参考价值。 关键词：多层剪力墙结构设计大震弹塑性时程分析抗震设计 Abstract: For multi-storey buildings, often use the form
2、of a framework structure, brick-concrete structure structure, but with the economic development, multi-story building with shear wall structure, or more and more extensive use of concrete walls instead of a wall filled withstand vertical level loads and wind loads, shear walls better. But for seismi
3、c forces, the result is not necessarily so. In this paper, the major earthquake of high seismic intensity zone multi-layer shear wall structure analysis, the design considerations of multi-storey shear wall structure, the seismic analysis of shear wall structure in the form of multi-storey buildings
4、 have a certain reference value. Keywords: Multi-storey shear wall structure design，Earthquake elastic-plastic time history analysis，Seismic Design 中图分类号: TU973+.31 文献标识码：A 文章编号： 工程概况 本工程为一学校礼堂，为了适应礼堂舞台区的较为复杂的使用功能，舞台区的全部填充墙皆做成了混凝土剪力墙，通过附图 1 三维模型简图及小震计算结果表，我们发现现有的礼堂存在如下问题： 剪力墙主要集中在下端舞台区，质心刚心偏离较大，地震扭转
5、效应明显； 结构周期（特别是部分构件开裂后的周期）与场地的卓越周期相近；剪力墙基本为低矮墙，地震作用下呈脆性破坏，整个结构延性严重不足。 附图 1 三维模型简图 加固改造思路 我们通过采取如下措施改善结构抗震上存在的不足： 减少结构质量中心与刚度中心的距离（偏心距）以减少结构在地震下的扭转效应。我们采取在剪力墙上开洞则可以减少质心与刚心的差距，减少结构的扭转效应。 错开结构自振周期与场地卓越周期以减小地震力。通过在结构上开洞延长了结构周期，消减了地震力。 改善剪力墙的延性。在剪力墙上开结构洞，把脆性破坏的低矮剪力墙变成用弱连梁连接的有良好延性的连肢剪力墙。 从以上分析看来，我们通过上述的方式让
6、结构主要的 3 个抗震不足之处都得到改善，应该是比较理想的方案。后面的计算分析也表明了这点。 小震计算结果 分析的基本思路：采用中国建筑科学研究院 PKPM 工程部研制的SATWE 软件对现有结构对本地区设防烈度 7.5 度超越概率为 63%的小震进行反应谱分析，得到结构的基本周期，振型等结构的基本动力特性及考察结构在小震下是否满足国规建筑抗震设计规范(GB20011)的要求。具体是位移，位移角指标是否超限，刚度比，扭转周期比，扭转位移比是否超限，计算所得的配筋是否超出现有配筋。如果这些指标都能满足，则可以判别结构可以满足小震下是处于弹性工作状态。发生“小震”后结构不需要进行修复即可继续使用。
7、 分析采用的基本系数 抗震等级：国规里面抗震等级的设定主要关系到结构在中震、大震下的延性。故小震分析时候，所有构件的抗震等级设定为 3 级。 小震分析下的荷载组合按国规建筑结构荷载规范 （GB50009）执行，且考虑活荷载最不利布置。 结构重要性系数按 1.0 选取。 小震分析结果摘要： 大震分析结果 分析的基本思路： 采用 PKPM 工程部的动力弹塑性分析软件 EPDA 对结构进行本地区设防烈度 7.5 度超越概率为 2%的“大震”选取 3 条地震波进行弹塑性时程分析（由于篇幅有限，本文仅选取人工波 RH1TG035 进行分析陈述） ，得出结构在大震下的顶点位移，层间位移，各个构件的内力包络
8、，及地震时程结构塑性发展过程（包含剪力墙开裂及杆件塑性铰发展过程） 。 据国规 GB50011，结构的平均位移角不超出 1/100 则可以判别为不会发生整体倒塌。最大层间位移角超出 1/100 的部分构件，如果是结构的非主要承受竖向力构件，则判别为不会引起局部倒塌。满足上述条件可以判别结构为“大震不倒” ，在发生了超越概率为 2%的超出地区设防烈度7.5 度的强烈地震后，建筑物不会发生倒塌，建筑物里面的人员有足够的时间逃生。 观察地震波时程的建筑物塑性发展过程，如果大量的构件进入塑性状态，则说明建筑物在大震下开裂严重，震后修复困难。 分析采用的基本系数 按国规 GB50011 选取适合的地震波
9、，再按 7.5 度对峰值加速度分量进行调整（310cm/s2） 。 时程分析步长 0.02 秒。 楼板为弹性板单元。 混凝土根据混凝土结构设计规范 （GB50010-2001）的本构关系按能量原则定义为 3 折线模型。这个模型的特点： a)当达到开裂应力时混凝土受拉开裂，并且在受拉应力小于开裂应力时候恢复受压； b)当达到受压极限应变时，混凝土压碎，退出工作； c)可以考虑塑性阶段加、卸载刚度的降低。 地震波 楼层最大响应包络曲线及楼层平均响应时程曲线分析结果 (包括楼层位移，层间位移，层速度，层加速度，层反应力，反应剪力，反应弯矩，有害位移，速度，加速度等)鉴于篇幅有限，仅选取最大位移相应结
10、果如下： 加固后结构的楼层加速度及楼层速度均大幅减少。楼层加速度是反应力，楼层速度是地震传递给结构的能力。这两者均减少说明加固后结构延性增加很多，地震下结构自身的变形耗散了大量地震的能量。 加固后结构延性增加很多，地震下结构自身的变形耗散了大量地震的能量，结构的加速度和速度减少，地震响应力响应大幅减少。相应结构的位移也相应大幅减少。原来结构在 4 层发生倒塌。 加固前，在 6 秒多的一个时间点，结构 4 层的层间位移突然增大，破坏相当突然，属于脆性破坏。脆性破坏的构件的能量瞬间释放到别的构件，引起连锁反映，整个结构迅速倒塌。整个时间就在短短的零点几秒内发生，相当危险。加固后，结构的层间位移曲线
11、相当平稳，缓慢增大，反映出良好的延性。 总结 结构基本抗震特性：1）本结构墙体主要集中在舞台区，所以刚心偏置造成原结构扭转效应明显。 2）原结构的第 1 个振型为扭转，第 2 个振型为 Y 向的平动，第 3 个振型为扭转，原结构基本周期（扭转周期）为 0.2396S；加固改造后基本周期为 0.2913，第一扭转振型对应的周期为 0.1398S，扭转振型与平动振型的周期比为 0.48，扭转周期与平动周期错得比较开，说明结构经改造后在地震作用的激励下的响应主要是平动，扭转效应较少。这对结构的抗震是非常有利的。3）结构平面规则，但剪力墙主要集中在下方舞台区，且舞台区结构层数较礼堂区多，抗震构件布置复杂。采用的钢筋强度较高，构件的配筋率也相对较大，从抗震设防的角度来说，本结构是抗震设防的能力并不弱。4）从 EPDA 的结果来看，原结构的剪力墙部分先于框架部分形成塑性铰，且剪力墙多为低矮墙，地震作用下发生脆性破坏，结构延性严重不足，不符合国规 GB50011 关于结构体系应具有良好的变形能力、消耗地震能量的能力及多道地震设防防线的原则。 用 SATWE 软件对结构进行的超越概率为 63%的常遇地震（小震）分析表明，本结构在小震下没有发生破坏处于弹性阶段。满足国规 GB50011的要求。但是大震结果却不尽人意。 EPDA 弹塑性动力时程分析结果统计：
