勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)基于性能的抗震分析與研究①

曹日躍（安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)基于性能的抗震分析與研究①

曹日躍
（安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

隨著我國高層建筑的深入發(fā)展，國家規(guī)范對高層建筑的抗震性能要求越來越嚴格，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)已不能適應(yīng)現(xiàn)代建筑的發(fā)展需要.近年來，國內(nèi)外出現(xiàn)了一種新的結(jié)構(gòu)形式-勁性混凝土結(jié)構(gòu).本文就將對勁性混凝土框架支撐結(jié)構(gòu)的各種破壞形式及其特點進行介紹，分析并比較了影響其抗震性能的主要因素，闡明了勁性混凝土框架支撐結(jié)構(gòu)較好的抗震性能.

抗震性能；高層建筑；勁性混凝土結(jié)構(gòu)

0　引言

勁性混凝土結(jié)構(gòu)就是在原有的鋼筋混凝土梁、柱等構(gòu)件里添加型鋼或鋼材配筋，在加入型鋼后可以有效提高構(gòu)件抗剪能力，減小構(gòu)件軸壓比，從而保證結(jié)構(gòu)的塑性變形能力和框架抗倒塌能力.由于其相對于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有著構(gòu)件截面尺寸減小、抗剪能力提高、延性性能好等優(yōu)點，所以近20年來，勁性混凝土結(jié)構(gòu)在中國得到了很好的發(fā)展.而且特別適用于在地震區(qū)使用［1］.并且在高層和超高層建筑中具有廣泛的應(yīng)用前景.

我國研究勁性混凝土結(jié)構(gòu)起步比較晚，在20世紀80年代，我國也相繼建成了一些勁性混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑.例如北京香格里拉酒店，上海的瑞金大廈，其他地方也先后建成了一批勁性混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑.勁性混凝土結(jié)構(gòu)在高層，超高層得到了大量的運用.

1　勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)破壞形式及特點

框架-支撐結(jié)構(gòu)的受力情況非常復(fù)雜，它通常在剪力、軸力、彎矩三個力共同作用下發(fā)生作用.它的破壞形式可以歸納為以下三種形式.

1.1彎曲破壞

彎曲破壞大多數(shù)發(fā)生在構(gòu)件剪跨比較大時，勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)彎曲破壞的特征與普通混凝土結(jié)構(gòu)破壞特征相似，彎曲破壞發(fā)生時，在勁性混凝土框架-支撐柱根處先出現(xiàn)水平裂隙，隨著荷載的反復(fù)作用，外圍的混凝土層破碎脫落失去承載能力.但是勁性混凝土與鋼筋有著較強的相互作用，還能與鋼筋共同承擔外部荷載.因此，勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)在達到極限荷載時，不會突然發(fā)生失載現(xiàn)象，它的承載力會慢慢下降，具有比較長的后期變形能力［2］與承載能力.

1.2剪切破壞

剪切破壞一般發(fā)生在剪跨比較小的情況下，其破壞呈現(xiàn)出脆性特征.對于普通混凝土結(jié)構(gòu)根據(jù)所受的軸力大小不同破壞可分為三種情況：第一是剪切斜拉破壞；第二是剪切受壓破壞；第三是剪切斜壓破壞.而對于勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)由于混凝土中設(shè)置了鋼骨和鋼材配筋，增強了結(jié)構(gòu)的抗剪能力，能阻止結(jié)構(gòu)柱根部產(chǎn)生剪切滑移，所以勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)一般只發(fā)生剪切斜壓破壞.其破壞特征與普通混凝土結(jié)構(gòu)相似，在距柱端處首先出現(xiàn)剪斜裂縫，在荷載的反復(fù)作用下，出現(xiàn)一條主裂縫，結(jié)構(gòu)柱外包混凝土脫落失去承載能力.

1.3粘結(jié)破壞

粘結(jié)破壞根據(jù)不同情況可分為粘結(jié)開裂破壞和剪切粘結(jié)破壞.而勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)的粘結(jié)破壞一般只發(fā)生剪切粘結(jié)破壞，其發(fā)生在軸壓比較大，配筋率較小時.其破壞特征是在柱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)豎向裂縫，在荷載的反復(fù)作用下，擴展到整個柱結(jié)構(gòu)，然后外包混凝土與鋼骨脫落，喪失抗剪承載力.整個破壞過程比較緩慢，屬于脆性破壞.

實際上整個建筑結(jié)構(gòu)在地震荷載的反復(fù)作用下，受力情況非常復(fù)雜，所以結(jié)構(gòu)破壞往往是以上三種情況的綜合.

2　影響勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)抗震性能的主要因素

根據(jù)勁性混凝土框架-支撐構(gòu)件抗震性能指標限值，通過分析了解勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)在遭遇地震作用下其層間側(cè)移、頂點位移、框架梁的抗彎強度、抗剪強度、構(gòu)件的穩(wěn)定等是否能滿足設(shè)計要求［6］.抗剪強度和延性系數(shù)是抗震性能的重要組成部分，勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)必須有足夠大的抗剪強度和延性系數(shù)才能保證在遭遇地震時結(jié)構(gòu)不被破壞，影響結(jié)構(gòu)抗震性能的因素有很多，下面就一些主要的因素來分析勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)抗震性能.

2.1軸壓比

在勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)中，軸壓比能限制斜裂縫的擴大.當軸壓比在一定范圍時，隨著軸壓比的增大，框架-支撐結(jié)構(gòu)柱的抗剪強度也隨之提高.這是由于柱混凝土在開裂之前，軸向壓力增大了混凝土的抗剪強度.當軸壓比大于0.5時，框架-支撐結(jié)構(gòu)柱截面上混凝土的壓應(yīng)力超過混凝土的抗壓強度，導(dǎo)致外包混凝土被壓碎破壞失去承載力，同時，軸壓比的存在使勁性混凝土框架-支撐柱的延性降低.大量試驗表明勁性混凝土框架-支撐柱隨軸壓比的增大延性降低，因此要提高勁性混凝土框架-支撐柱的延性，必須盡力降低其軸壓比.

2.2剪跨比

勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)的抗震性能受剪跨比的影響較大.當剪跨比增大時，勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)的延性增大、抗剪強度降低.此外，隨著剪跨比的逐漸變大，配筋率、軸壓比對抗剪強度的影響變?nèi)?，其結(jié)構(gòu)的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)橐詮澢茐臑橹?

2.3縱向配筋率

縱向鋼筋不僅承受彎距和軸向壓力所產(chǎn)生的正應(yīng)力，在斜截面產(chǎn)生裂縫時，它能阻止斜裂縫的開展，而且在塑性鉸形成后，它還能分擔著部分剪力.隨著縱向配筋率的增大.勁性混凝土框架-支撐柱破壞時的剪壓區(qū)高度提高，抗剪強度也提高.

3　結(jié)論

根據(jù)影響因素分析可知軸壓比和鋼骨配筋率對勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)的抗震性能影響很大.而在勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)中設(shè)置了鋼骨后，鋼骨可以承擔混凝土的軸力，有效的降低了混凝土的軸壓比.隨著地震的發(fā)生，結(jié)構(gòu)承受的彎曲和軸力急劇變化，而在勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)由于鋼骨和混凝土的協(xié)同作用，有效的提高了勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu)的抗震性能.因此，在地震區(qū)、高層建筑或是超高層建筑中壓力較大的底部層柱結(jié)構(gòu)采用勁性混凝土框架-支撐結(jié)構(gòu).

［1］葉列平，方鄂華.鋼骨混凝土構(gòu)件的受力性能研究綜述［J］.土木工程學(xué)報，2000，33（05）：1-12.

［2］張惠華.勁性鋼筋混凝土框架柱抗震性能的分析［J］.福建建筑，1997，（s1）：159-161.

［3］韓小雷，周新顯，季靜，袁一鑫，戚永樂.基于構(gòu)件性能的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震評估方法研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2014，25 （04）：177-184.

Seismic Analysis and Research of Strength Reinforced Concrete Frame-Support Structure Based on the Performance

CAO Ri-yue
（School of Civil Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China）

With the further development of high-rise buildings in our country，the national standard for seismic performance requirements of the high-rise building is more and more strict.A single reinforced concrete structure can not meet the needs of the modern architecture development.In recent years，a new form-strength reinforced concrete structure was developed.The various failure modes and their characteristics of concrete frame supporting structure were introduced，and the main factors affecting the seismic performance were analyzed and compared，which illustrates that the strength reinforced concrete frame structural support is of good seismic performance.

seismic performance；high-rise buildings；reinforced concrete structure

TU31

A

1008-1402（2015）06-0910-02

2015-10-08

曹日躍（1991-），男，安徽合肥人，安徽建筑大學(xué)在讀碩士研究生，主要研究方向為地下工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化與穩(wěn)定性分析.