摘要
近年来，随着社会经济的快速发展、科学学技术的与时俱进，合理开洞的框-剪结构也被广泛应用在现代各类高层建筑中。有关剪力墙开洞率及洞口形式对复杂高层建筑结构体系抗震性能影响的论文研究相对较少，所以本文将对不同剪力墙开洞率、不同洞口形状、不同洞口位置及不同洞口数量的5组共12个竖向不规则高层框-剪结构模型进行计算分析。首先分别采用YJK结构设计软件和ANSYS有限元分析软件进行建模及分析计算。然后将YJK设计软件与ANSYS软件中得到的各振型周期进行比较，发现两者数据比较吻合，这表明应用YJK软件和ANSYS软件进行建模分析的合理性与准确性。 本文主要完成以下方面的研究： (1)利用ANSYS软件对剪力墙开洞率、洞口形状、洞口位置及洞口数量均不同的5组共12个模型进行分析计算，通过对各模型进行13阶模态计算分析，得到结构的前13阶振型周期及相应的振型图、X向一阶的最大位移及Y向一阶的最大位移。结果表明，剪力墙开洞率的增大导致结构的自振周期增大，主振型的振幅略有减小。剪力墙开洞率一定时，剪力墙洞口形状及洞口位置的变化对结构动力特性的影响较小，洞口数量的合理增加有利于结构整体的抗震性能。 (2)以5组模型为研究对象，分别对各组模型进行Y向反应谱的影响分析。然后将各模型的整体变形、各层的楼层位移及层间位移角、各层的层间剪力及最大等效应力进行比较。结果表明，开洞率的增加导致结构整体抗侧移刚度减小，从而造成结构的整体变形增大；竖向不规则框架-剪力墙结构在刚度突变处形成了薄弱部位，从而导致了各模型在薄弱部位发生层间位移角的突变。剪力墙开洞率的增加使得结构各楼层剪力减小，其中带圆形洞口的模型受到的楼层剪力最小，带正六边形洞口的模型受到的楼层剪力最大，但两者相差较小；洞口距中偏距为0.9m的模型最不利于结构的安全。 (3)以模型1、模型2-1、模型3-1、模型4-1及模型5-1共5个模型为研究对象，分别输入Y-EL-Centro波、Y-Taft波、Y-人工波及双向EL-Centro波地震记录，并进行结构动力时程分析。得到各模型最大位移时程曲线、最大剪力时程曲线及最大Von Mises等效应力时程曲线，并将动力时程分析中得到的数据结果与反应谱分析中得到的数据结果进行对比。结果表明，对于同一模型来说，EL-Centro波的作用对结构的位移、剪力以及等效应力具有最大的影响。当剪力墙开洞率不变时，洞口数量的增加使得各模型结构单元在洞口附近产生较大剪力；为了使所有竖向不规则的框-剪结构模型在强震EL-Centro波作用下不发生剪切破坏，建议剪力墙开洞率不宜设置过大、洞口形状为矩形、洞口数量为一个。当剪力墙开洞率一定时，随着剪力墙洞口距中偏距的增加，各模型结构的最大等效应力增加，剪力墙洞口附近混凝土部分更容易进入弹塑性阶段；所有结构模型的最大等效应力均小于0.3~0.4fc，各模型结构仍处于弹性阶段，结构相对安全。 文中主要探讨了剪力墙开洞率、洞口的数量、位置及形状4种因素对竖向不规则框-剪结构抗震性能的影响，并为参与工程实践设计的人员和进行相关学术领域研究的人员提供一定的参考价值。
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