1、1钢筋混凝土框架结构抗震评估的新方法摘要：本文阐述了基于 Push-over分析的抗震评估方法,提出使用层间位移角以及结构在大震下的塑性铰转角来评估框架结构的抗震性能,给出了新的抗震性能评估的步骤。使用本文所推荐的方法对一实际工程进行了抗震性能评估,并且与现行建筑抗震鉴定标准所推荐的方法对比,结论一致。结果表明,该方法从结构整体性能分析出发,可以快速有效地评估结构的抗震性能,该方法也可以为结构加固后的抗震性能评估奠定基础。 关键词：钢筋混凝土框架；抗震评估；层间位移角；塑性铰转角 Abstract：This paper described the Push-over based on the
2、analysis of the seismic appraisal method, proposes the use of inter-story displacement angle and structure under strong earthquakes plastic hinge rotation to evaluate the seismic performance of the frame structure, is a new seismic performance evaluation steps. The use of the method recommended in t
3、his paper for a practical project for the seismic performance evaluation, and the current standard for seismic appraisal of buildings the method recommended by contrast, conclusion. The results show that, the method from the whole structural performance analysis starting, can quickly and 2effectivel
4、y evaluate the seismic performance of the structure, the method can also be used for structural reinforcement after the seismic performance assessment of foundation. Key words： Reinforced concrete frame；Seismic assessment；Angle of floor displacement；Plastic hinge rotation 中图分类号： TU74 文献标识码：A 文章编号：20
5、95-2104（2012） 1 前言 Push-over 分析在提出基于性能的抗震设计之后得到迅速的发展,其中针对既有建筑的抗震性能评估是其重要的应用。我国大部分地区均处于地震区,并且由于我国的建筑抗震设计规范经历了从无到有,之后又经过几次修订,抗震设防标准不断提高,因此,对建造于地震区的建筑,快速而又科学地评估结构的抗震性能具有重要的现实意义。 2 评估指标、标准和步骤 2.1 评估指标 试验研究表明,层间位移角能够反映钢筋混凝土框架结构层间各构件变形的综合结果和层高的影响,而且与结构的破坏程度有较好的相关性。在框架体系之类的剪切型结构中,各楼层的层间侧移基本上是相互独立的。文献1对一批工程
6、实例的弹塑性地震反应计算表明,最危险楼层的层间最大位移角,一般均大于同一楼层中最危险杆件的位移角。所以,采用层间位移角作为钢筋混凝土框架结构的抗震性能评估指标是合适的。 结构的整体倒塌或局部倒塌,往往是由于个别主要抗侧力构件在强烈3地震下的最大变形超过其极限变形能力所造成的。因此,弹塑性变形验算的变形限值,除了层间位移角限值外,尚应规定那些弯曲起控制作用的构件的截面塑性铰转角限值,以避免个别构件的塑性铰过大而引起结构的局部倒塌。 大量的震害和工程实例分析结果表明,结构在强烈地震作用下总是最薄弱楼层率先屈服,弹塑性变形发展并产生变形集中的现象,判断结构的整体抗震安全性主要是检验薄弱楼层的层间弹塑
7、性位移是否在变形能力允许的范围内。层间强度屈服系数反映该层的抗震能力水平,反映了可能进入弹塑性状态的程度,是一个既能够反映结构强度又能体现结构弹塑性反应特点的较好的衡量指标。 2.2 评估标准 文献2根据各国规范容许变形的取值以及国内外的试验资料和震害经验,对于钢筋混凝土结构, 层间容许变形值如表 1所示。文献3对六个弱梁型梁柱组合件试验测得的塑性铰转角分布区间为0.019,0.033,其最小值为 0.026,平均值为 0.0296,并且考虑一定的安全储备,给出了框架柱端的极限塑性铰转动角限值,如表 2所示。文献4在综合分析的基础上提出了层间强度屈服系数对应的破坏标准,如表 3所示。 表 1层
8、间位移与层高的限制比值 注:框架柱全截面主筋率不少于 2.0%时取上限值;框架柱剪跨比不小于 2且箍筋约束作用良好时取上限值;抗震墙抗剪强度与抗弯强度4的比值不小于 1.1时取上限值。 表 2框架结构梁和柱的塑性铰转动角限值(Rad) 注:“一般”,对柱是指按规范构造,对梁是指按抗震等级三、四级的构造;“特殊”,对柱是指按规范上限且全长加密或采用螺旋箍筋等特殊措施;表中数据允许线形插值。 表 3不同破坏状态的 i 值范围 23 评估步骤 评估步骤参见图 1所示流程图。 3 工程应用 3.1 工程概况 建于 20世纪 50年代的某四层现浇框架结构,采用外挂墙板和轻质内隔墙,框架下部有箱形地下室,
9、平面布置如图 2所示。梁、柱采用 C13混凝土,该工程位于 9度设防区,类场地,设计地震分组为第一组。 图 1评估流程 图 2结构平面图 53.2 现行建筑抗震鉴定标准5鉴定结果 3.2.1 第一级鉴定 (1)该工程平立面规则,无砌体结构相连,为纯钢筋混凝土框架结构,无女儿墙和填充墙等易倒塌构件,原设计未考虑抗震。 (2)梁、柱及其节点经 40余年使用,有局部剥落、开裂现象,尚未发现钢筋露筋、锈蚀等情况,主体结构明显倾斜。 (3)地基为砂质黏土,未发现不均匀沉降,基础为兼做地下室的箱形基础,原地基承载力为 15t/m2(150kPa)。 (4)结构各部位构造,详见文献6。 本工程不符合第一级鉴
10、定要求,需要进行第二级鉴定。 3.2.2 第二级鉴定 楼层横向综合抗震能力指数均小于 1.0(楼层纵向抗震能力指数计算从略),不符合第二级鉴定的要求,应采取加固或其他相应措施。 本文建议方法的评估结果 Push-over 分析表明,本结构的层间位移角沿楼层的分布如图 3所示,其中大震作用下最大值为 0.008814(1/113),小于 1/100;中震作用下最大值为 0.006194(1/161),介于 1/150与 1/200之间;小震作用下最大值为0.002358(1/424),大于 1/500。虽然 Push-over法分析结果表明,大震下结构的层间位移角小于本文推荐的标准,但是从结构在
11、大震下塑性铰的分布图(图 4)上看,结构在底层的柱底端全部形成塑性铰,并且结构在梁端多处形成塑性铰,结构已成为机构,失去继续承载的能力。结构在中震作用下,楼层位移角介于本文所推荐的标准之内,结合本工程的实际情况,使用6的轻质隔墙,无填充墙,故而建议使用 1/200,即结构不能满足“中震可修”的要 求;小震下的最大层间位移角大于本文所推荐的标准,同样不满足“小震不坏” 。因此,不需要进一步计算塑性铰转角,判定结构的抗震性能不满足。 图 3层间位移角分布图 图 4塑性铰分布图 层间屈服强度系数的计算结果如表 4所示。计算中假定结构是强梁弱柱类型7。 表 4层间屈服强度系数的计算结果 各指标均显示结
12、构会有不同程度的破坏,因此建议对结构进行全面加固。 4 结论 本文所建议钢筋混凝土框架结构抗震性能评估方法,结论与现行建筑抗震鉴定标准(GB 50023-95)中所建议的经验法评估结论一致,并且该方法是以结构整体进行分析的,易于发现结构的实际薄弱部位和构件,7并且还可以作为加固后结构抗震性能的进一步评估。 参考文献: 1魏琏.高层及多层钢筋混凝土建筑抗震设计手册M.地震出版社,1990 2李培林.建筑抗震与结构选型构造M.中国建筑工业出版社,1990 3吕西林,王亚勇,郭子雄.建筑结构抗震变形验算J.建筑科学,2002,18(1) 4高小旺,钟益村,陈德彬.钢筋混凝土框架房屋震害预测方法J.建筑科学,1989,(1) 5GB50023-95,建筑抗震鉴定标准S.中国建筑工业出版社,1995 6李国胜.建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理附实例M.中国建筑工业出版社,2006 7中国建筑科学研究院,钢筋混凝土框架结构抗震鉴定和加固方法研究R.1988
