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第卷第期安徽建筑工业学院学报自然科学版..

框架一剪力墙结构动力特性分析
梁万顺干洪
安徽建筑工业学院土木工程系合肥
摘要:就框剪结构的动力特性问题,采用动力凝聚方法把从属自由度缩减到便于求出侧移刚度矩阵。从而把原
来的框一剪体系转化为带有集中质量的杆件模型,由广义法求出频率和振型。然后针对算例,对一般的
框一剪体系的简化作了分析,取得了很好的效果,对工程实用有较高的指导和参考意义。
关键词:框一剪结构,动力特性,凝聚,侧移刚度矩阵,广义法
中图分类号:.
框一剪结构是由框架和剪力墙两种性能不同的结构所组成的结构体系,这两种结构组合在一起协同
工作,取长补短,能够有效的抵抗水平外荷载的作用,所以是高层建筑中最常用的结构体系之一。对于框
剪结构而言,剪力墙和框架的耦联作用对动力特征值影响不容忽视,一般根据连梁的几何尺寸,刚度大小
适当简化成铰结或刚结或一端铰结一端刚结的综合剪力墙和综合框架体系进行处理。
鉴于框一剪结构静力分析工程多采用有限单元法,故在本文的动力有限元分析中,单元刚度矩阵与
静力分析一致,需注意的是这里分为剪力墙和框架单元以及带刚域的连梁单元三种单刚形式,为方便起
见。三种单刚形式采用统一表达公式。剪力墙单元的截面高度与杆长的比值较大,剪切变形影响很大,
需考虑剪切变形影响的单刚与/有关,若不计剪切变形的影响,只要令即可。考虑
带刚域时,只要对参数,赋一定值即可。
对于多层多跨的框一剪结构的动力分析,由于划分的单元很多,动力自由度数很大,由抗侧力结构的
特点采用动力凝聚技术形成抗侧刚度矩阵,并采用雅可比法计算振型、周期,计算量大大减小,故具有较
高的工程实用价值。
结构计算模型简化理论
. 基本假定
在水平荷载作用下,房屋体型规整,结构布置对称,可作以下假定:
楼盖在自身平面内抗弯刚度无穷大:
房屋在水平荷载作用下无绕竖轴扭转现象,即:房屋的质量中心应与刚度中心一致;
忽略框架一剪力墙平面外的刚度,只计平面内的刚度;
框架与剪力墙的刚度沿高度均匀分布;
可以划分为若干个平面抗侧结构体系,考虑各抗侧结构的协同工作。
. 简化模型
由于框架与剪力墙系两种不同的变形体系,应分别对待,现以基本假定为基础,根据实际结构同一楼
收稿日期:一—
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安徽建筑工业学院学报自然科学版第卷
层侧向位移量相等的原则简化为框架一双剪力墙耦联体系,为方便计算,进一步简化为框架一剪力墙体
系。其中剪力墙视为带直线刚域的并考虑剪变的杆单元,按此方法离散为图的计算简图。剪力墙与框
架之间用带刚域的杆件连接,该杆代表刚性楼盖的作用,并传递水平力使同一楼层框架与剪力墙位移协
调,若不考虑轴向变形,者位移相等。对符合上述特点的一般框剪体系,将其进一步离散为图所示
的杆单元,其中剪力墙简化为考虑剪变的杆单元,之所以考虑剪变,是因为杆件的截面高度与杆长的比值
较大。图中剪力墙与连梁之间的刚结,表示剪力墙平面内连梁能起转动约束作用,当连梁刚度较大时取
此计算简图。剪力墙为多片剪力墙的综合,框架为多榀框架的综合。当连梁的截面尺寸较小、转动刚度
很小时,可以忽略连梁对剪力墙的转动约束作用,计算简图中将刚结改为铰