不等高嵌固多层框架结构抗震性能变化规律的探讨

刘 庆 海

(济南中建建筑设计院有限公司，山东 济南 250000)

0 引言

临坡而建的吊脚结构作为山地建筑常见的结构形式之一，既利用山地地形的优势，又保持自然生态，是山地建筑的风景线[1]。山地建筑依山而建，形成底部不等高嵌固结构。本文针对某实际工程，并借鉴相关研究成果[2]，分别利用ETABS和YJK软件，分析不等高嵌固结构(吊脚结构)与等高嵌固结构动力特性的差异以及框架柱内力的差异，同时总结吊脚高度的不同结构动力特性及框架柱内力的变化规律，为今后相似结构设计提供参考建议。

1 工程概况

某多层框架结构，地上5层，标准层高3.8 m。建筑抗震设防类别丙类，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度为0.10g，设计地震分组为第三组，场地类别Ⅱ类。标准层结构布置如图1所示。

本工程位于斜坡型中风化石灰岩，分别考虑吊脚高度Δh为0.5 m，1 m，1.5 m，2 m，2.5 m，3 m时(如图2所示)，分析总结结构动力特性及框架柱内力的变化规律。

2 结构分析

2.1 等高嵌固(吊脚高度Δh=0时)结构动力特性对比

为对比分析采用不同计算软件不等高嵌固结构动力特性及框架柱内力变化，分别用ETABS，YJK在吊脚高度Δh=0时对结构动力特性及内力进行比对。

由表1可以看出等高嵌固多层框架结构，不同软件计算的基本周期基本一致。表2中结构地震响应相差不大，误差基本在5%之内。两软件计算结果可以作为不等高嵌固结构动力响应的对比。

表1 等高嵌固结构基本周期

表2 等高嵌固结构计算结果对比

2.2 不等高嵌固结构基本特性分析

图3，图4分别为ETABS，YJK软件计算的不等高嵌固吊脚高度不同时，基本周期变化趋势。从图中可以看出，随着吊脚高度的增加，结构的基本周期呈现逐渐减小的趋势，其中第一平动周期减小了12.5%，扭转周期减小了11.9%。吊脚高度增加，结构刚度有增大的趋势。

2.3 不等高嵌固结构地震剪力分析

图5为ETABS，YJK软件计算的不等高嵌固吊脚高度不同时，X，Y方向地震剪力的变化趋势。由图可知，X方向地震剪力随吊脚高度的增加基本不变；Y方向地震剪力随吊脚高度的增加呈现先减少后增加的趋势。从侧面也反映吊脚高度很大时(即接近于掉层时)，Y方向结构刚度明显增加。

2.4 不等高嵌固结构位移分析

从图6可以看出随吊脚高度的增加，结构位移比基本呈现增加的趋势。其中ETABS软件计算结果表明结构位移比明显增加，而YJK的计算结果则显示出先增加后趋于稳定的趋势。因此也反映不等高嵌固结构的设计，建议多个软件对比分析，综合考虑分析结果，达到合理设计的目的。

2.5 不等高嵌固结构框架柱内力变化规律

图7，图8为ETABS计算的X，Y方向地震作用下典型框架柱(KZ-1，KZ-2，KZ-3，KZ-4等)内力变化趋势。图9，

图10为YJK计算的X，Y方向地震作用下典型框架柱内力变化趋势。图7，图9显示吊脚长柱(KZ-1)在X向地震作用下，剪力呈现先减小后增加的趋势，吊脚短柱(KZ-2,KZ-3,KZ-4)则是随吊脚高度的增加剪力逐渐增大。图8,图10表明吊脚长柱在Y向地震作用下，剪力逐渐减小，吊脚短柱则是在吊脚高度较小时剪力基本不变，当吊脚高度超过层高1/3时，剪力显著增大。随着吊脚高度的增加，吊脚短柱刚度，尤其是Y向，显著增加。不等高嵌固结构设计，应着重考虑吊脚短柱刚度增加的不利影响。

3 结语

本文通过建立不等高嵌固框架结构的模型，分别采用ETABS，YJK等软件对比分析结构动力特性及相关框架柱内力变化，可得出如下结论：

1)吊脚高度不同时，结构周期及周期比均在规范规定限值内，且相差不大，说明吊脚高度的变化对结构整体扭转刚度的影响相对较小。

2)随着吊脚高度的增加，当吊脚高度接近层高时，刚度增加显著。

3)当吊脚高度柱间增加时，不等高嵌固结构位移比明显增加。因此实际工程应尽可能选择坡地较小处；同时对不等高嵌固结构建议多种设计软件对比分析，以便做到设计的合理性。

4)不等高嵌固结构设计，应着重考虑吊脚短柱刚度增加的不利影响。在加强吊脚层时，应考虑结构薄弱层向上转移的可能。