多层复合结构住宅抗震研究

摘要：目前，我国中小城市和大城市周边城镇多采用多层建筑模式，这种多层住宅主要适用于低密度住宅小区建设。本文结合我国常见的新型多层住宅结构体系的现状，分析比较了它们的优缺点，介绍和讨论了结构抗震研究中的若干问题，以及高层结构地震模拟试验问题和结构地震反应分析中的主要分析方法和存在的问题等。

关键词：多层复合结构；抗震研究；分析模拟；建筑结构

0引言

住宅建筑是与人们生活最密切的建筑类型之一，在人类社会发展和生活环境变迁过程中扮演着重要的角色。然而中国是一个多地震国家，也是世界上地震灾害最严重的国家之一，我国又是发展中国家，为了节约土地面积，大中城市已逐步禁止建造传统的多层实心粘土砖住宅结构。为此，研究和开发新型抗震节能多层住宅体系是十分必要和有意义的。

1、多层住宅新型复合结构的特点：

多层住宅新型复合机构是指：用钢筋混凝土柔性柱、梁加人字支撑形成的新型结构体系，代替原多层住宅中的承重砖墙。这种复合体系的多层建筑特点是：（1）人字支撑和梁柱共同形成新的复合结构，所加支撑首先参与承受竖向荷载，在竖向荷载下复合结构的内力约为框架结构的1/8~1/2。同时支撑在风荷载及地震作用下仍起主要的抗侧、抗震作用，风荷载下复合结内力仅为框架结构的1／25―1／50[1|。(2)由于柱、梁截面小，新型复合结构还可用于建筑空间体型变化的住宅结构；若采用框架或异型柱结构，则易在变层高(错层)处出现短柱，不满足抗震要求。(3)将复合结构体系用于住宅建筑，围护墙体可采用新型的轻质墙体材料，彻底取代黏土砖，符合可持续发展要求。

2、目前多层住宅抗震的研究

2.1研究结构抗震性能有3种基本途径：震害经验总结、地震模拟试验和计算机模拟分析。通过大量震害经验总结，人们对一般建筑结构的抗震性能已有了较明确的认识，在此基础上，研究并形成了较可靠的抗震设计要求和设计方法。但对于一些新型多层复合结构，震害经验极少，不足以总结归纳成熟的经验。

目前抗震研究广泛应用的方法还是计算机模拟分析方法。关于结构弹性反应分析方法，至今已经发展的较为成熟，只要结构模型简化的合理，均可给出相当可靠的分析结果。结构弹塑性地震反应性态极其复杂，尽管经科研人员数十年的努力，发展了一些分析方法，但仅较规则的结构二维弹塑性分析可以取得基本令人满意的结果，而量大面广的复杂结构的分析方法至今未能很好解决。

2.2结构地震反应分析

计算机科学的高速发展强有力地推动了结构分析学科的发展。以前大家熟悉的一些简化分析模型，如剪切模型，考虑梁变形作用的D值法以及框架剪力墙协同工作体系模型，在当前的研究与设计中已很少使用，取而代之的是三维空间有限元分析。

结构弹性反应分析理论研究工作已发展的较为完善。无论多么复杂的结构体系，只要计算模型简化的合理都能得到满足一定工程精度要求的结果。目前，这一领域的科研人员主要致力于增加程序的功能，减少分析前准备和分析后处理工作量，使分析程序更加智能化，提高研究和设计人员的工作效率。

结构弹塑性地震反应分析可以分为静力反应分析(一般指Pushover分析)和动力反应分析，其分析方法可概括地分为两大类：①非线性有限元方法，也可称之为微观方法(MicroMethod)；②工程非线性有限元方法，也可称之为宏观方法(Macro Method)。微观模型或微观和宏观相结合的分析模型越来越多地在大型分析程序中实现。相信随着研究的深入以及汁算机速度和存储能力的发展，不远的将来结构弹塑性地震反应分析会像目前弹性地震反应分析那样可靠和广泛应用。

2.3结构地震反应分析常用软件

结构地震反应分析常用软件可以分为通用软件和专用软件，前者不仅可用于土木工程受力分析，还可广泛用于其它行业，后者则一般专门用于土木工程之中。国内常用的有下面几种分析程序：

2.3.1 SAP2000

SAP2000程序具有十分强大的功能，它可以分析模拟各种结构形式，包括房屋建筑、桥梁、水坝、油灌、地下结构等。并对这些结构进行各种荷载包括地震作用下的弹性或弹塑性时程分析以及pushover分析等。

2.3.2 ETABS

ETABS序亦是由美国CSI公司开发的著名的高层建筑设计和分析专用软件，它是在TABS程序基础上，增加了求解空间框架和剪力墙的功能，可以进行静载和地震荷载作用下的结构弹性或弹塑性反应分析。ETABS在国外许多国家得到应用，是应用最广泛的建筑结构分析软件。

2.3.3 PKPM

PKPM是中国建筑科学研究院开发的高层建筑设计和分析专用软件。在我国得到非常广泛应用。

2.3.4 ANSYS

ANSYS是由美国ANSYS公司开发的通用分析软件，它能与多数CAD软件或有限元分析软件接口，如Nastran、Alogor、AutoCAD等，实现数据共享利交换，并支持并行运算。

2.3.5 MARC

MARC软件原为美国MARC公司的产品，。MARC公司致力于非线性有限元的研究，非线性有限元软件的开发。MSC．Marc是大型通用有限元软件，具有极强的结构分析能力。可以处理各种线性与非

线性分析，包括：线性月E线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分

析、动力响应分析、静励力接触、屈瞌，失稳、失效和破坏分析等。

2.3.6 DRAIN系列程序

DRAIN-2D(Kannan和Powell，1973)是美国70年代编制的大型平面结构动力反应分析程序，用于结构非线性地震时程反应分析，在国内外研究中广泛应用。

3、结语

多层住宅结构体系的确定是一个复杂的综合性问题，它需要综台地考虑建筑物的重要性、高度、抗震设防烈度、场地条件、地基基础、材料供应情况以及施工条件等。多年结构抗震研究总结的基础上，某些问题虽然提出，但认识是否正确?解决途径是否可行?希望得到进一步讨论，以此促进结构抗震研究的进展。

参考文献：

[1] 曹万林；杨兴民；张建伟；董宏英:《新型多层住宅结构抗震研究现状与展望》，《第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册》, 2009

[2] 王新玲， 赵更歧， 张海东：《多层住宅新型复合结构的抗震试验研究》.土木工程学报，2006.39(8)

[3] 王新玲，李海明，杨广宁．《多层住宅新型复合结构体系的结构选型分析》．工业建筑，2005.35(1)

[4] 孙景江：《建筑结构抗震研究若干基本问题概述及讨论》. 震灾防御技术. 2006.1(2)

作者简介：吴晶波（1987-），男，浙江余姚人，硕士研究生，主要从事结构抗震研究。