勁性混凝土結(jié)構(gòu)基于性能的分災(zāi)抗震設(shè)計(jì)

高彬森

摘要：本文將基于性能的分災(zāi)抗震設(shè)計(jì)方法作為選用的設(shè)計(jì)理念，在勁性混凝土結(jié)構(gòu)中增加支撐這種分災(zāi)構(gòu)件。通過(guò)利用SAP2000對(duì)帶裙房的勁性混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行耗能分災(zāi)數(shù)值模擬。實(shí)例分析證明，在中間跨安裝支撐以及轉(zhuǎn)換層處安裝防屈曲支撐后的結(jié)構(gòu)，層間位移角減小。各項(xiàng)抗震性能指標(biāo)滿足我國(guó)的現(xiàn)行“抗規(guī)”與“高規(guī)”中規(guī)定要求，表明耗能支撐在勁性混凝土結(jié)構(gòu)中具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

Abstract： In this paper， the performance-based damage-reduction seismic design method is chosen as the design concept， and the supporting component is added in the reinforced concrete structure. The reinforced concrete frame structure with podium is simulated by SAP2000. The example analysis shows that the interlayer displacement angle is reduced in the structure which installs support in the middle span and anti-buckling support at the transfer floor. The seismic performance indexes can meet the requirements of the current "anti-regulation" and "high-regulation" in China， which indicates that the energy dissipation brace is very practical in the reinforced concrete structure.

關(guān)鍵詞：勁性混凝土；耗能支撐；抗震性能

Key words： reinforced concrete；energy dissipation brace；seismic behavior

中圖分類號(hào)：TU352 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）06-0105-03

0 引言

勁性混凝土高層建筑在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)面臨許多不確定因素。工程結(jié)構(gòu)本身的材料性能，計(jì)算模式等也存在各種不能定因素，材料時(shí)效、阻尼變化等復(fù)雜因素在分析計(jì)算模型中也很難被真實(shí)反映。各種不確定因素的綜合最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件抵抗地震荷載的不確定性。因此，在地震作用下計(jì)算分析設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)抗震性能的基礎(chǔ)上引入分災(zāi)抗震設(shè)計(jì)的概念，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)抗震起到的重要作用[1]。在結(jié)構(gòu)中加入普通支撐以及轉(zhuǎn)換層處使用防屈曲耗能支撐能夠?qū)υY(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生較大影響，在小震作用下，支撐未進(jìn)入工作階段，此時(shí)可為主體結(jié)構(gòu)提供剛度；當(dāng)在中震作用下，支撐在主體結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈性變形之前進(jìn)行工作耗能表現(xiàn)出較強(qiáng)的非線性；而當(dāng)大震作用下時(shí)，支撐伴隨主體較大的彈塑性變形也進(jìn)入非線性工作狀態(tài)。因此，通過(guò)加入支撐作為勁性混凝土的分災(zāi)構(gòu)件可提高結(jié)構(gòu)整體抗震性能[2]。

1 基于分災(zāi)模式的勁性混凝土結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的建立

1.1 耗能分災(zāi)結(jié)構(gòu)體系的性能水準(zhǔn)及目標(biāo)

基于結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是滿足結(jié)構(gòu)在不同地震風(fēng)險(xiǎn)下的不同目標(biāo)要求，在滿足一定的經(jīng)濟(jì)條件下，最大限度的限制和減輕建筑物的地震破壞。確定性能目標(biāo)時(shí)應(yīng)綜合考慮多項(xiàng)因素，比如要求設(shè)計(jì)者和業(yè)主共同協(xié)商、考慮建筑物所在地設(shè)防烈度等。我國(guó)現(xiàn)行階段的抗震目標(biāo)設(shè)計(jì)可以滿足結(jié)構(gòu)整體抗震性能的最低要求，而基于性能的抗震設(shè)計(jì)是滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同的地震荷載作用下的不同的性能目標(biāo)需求，這也是基于性能抗震設(shè)防目標(biāo)與傳統(tǒng)的抗震設(shè)防目標(biāo)的重要區(qū)別[3]。耗能分災(zāi)結(jié)構(gòu)通常有較強(qiáng)的消耗地震能量的能力，提高整體結(jié)構(gòu)的抗震可靠度。本文將耗能分災(zāi)的性能目標(biāo)分為三類：設(shè)防目標(biāo)一：“小震不壞，中震可修，大震不倒”；設(shè)防目標(biāo)二：“小震不壞，大震可修”；設(shè)防目標(biāo)三：“大震不壞”。算例基于第二種設(shè)防目標(biāo)進(jìn)行抗震設(shè)防。

1.2 耗能分災(zāi)結(jié)構(gòu)體系的阻尼比估算

2.2 分析方法

通過(guò)SAP2000軟件采用時(shí)程動(dòng)力分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行受力分析，其中地震波采用EL-Centro NS波，時(shí)間間隔0.02s，峰值加速度為341.7cm/s2，查得抗震規(guī)范多遇地震作用下的時(shí)程加速度峰值應(yīng)取α=35cm/s2，在軟件中輸入時(shí)程曲線函數(shù)時(shí)與“抗規(guī)”要求相一致，故對(duì)地震波時(shí)程函數(shù)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整比例系數(shù)為A=35/341.7=0.108。采用振型分解反應(yīng)譜方法時(shí)，考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，采用規(guī)范推薦的CQC方法進(jìn)行振型組合。

3 結(jié)果分析

3.1 側(cè)向剪切剛度

選擇X向B軸線框架（圖2所示）通過(guò)分析數(shù)據(jù)可知，X向抗震單元的側(cè)向剪切剛度與豎向受力單元的側(cè)向剪切剛度比值為16.12～35.31，結(jié)果表明抗震單元的剪切剛度遠(yuǎn)大于豎向受力單元，抗震單元明顯優(yōu)于豎向受力單元。

3.2 各層水平地震剪力分析

通過(guò)振型分解反應(yīng)譜分析可看出結(jié)構(gòu)在X向和Y向的剛度均勻。當(dāng)在彈性動(dòng)力時(shí)程分析時(shí)，可以看出在X、Y方向在14-23層剪力開(kāi)始變大（如圖3所示）。

3.3 樓層位移

樓層整體結(jié)構(gòu)為彎剪型變形，上部結(jié)構(gòu)為剪切變形，下部結(jié)構(gòu)為彎曲變形。如圖4所示，其位移角也存在一定變化，在地震荷載作用下勁性混凝土框架與支撐協(xié)同工作，在下部樓層因結(jié)構(gòu)位移小，支撐控制住框架的變形，使結(jié)構(gòu)承擔(dān)了大部分的剪力；而上部結(jié)構(gòu)隨位移的增大框架的變形反而減小，框架除承受部分剪力外，還要負(fù)擔(dān)支撐體系變形的附加剪力。

4 結(jié)論

①分災(zāi)設(shè)計(jì)比普通設(shè)計(jì)更符合“投資-效益”準(zhǔn)則，通過(guò)加入抗震支撐結(jié)構(gòu)的可利用較少的鋼材降低了造價(jià)成本。②在地震作用下分災(zāi)抗震單元吸收地震能量比豎向受力單元大，抗震支撐作為第一道防線很好的達(dá)到兩階段設(shè)防要求。③通過(guò)分災(zāi)設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)最弱層層間變形可靠指標(biāo)也有不同程度的提高。

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