钢筋混凝土框架－核心筒结构基于位移抗震设计

钢筋混凝土框架－核心筒结构基于位移抗震设计摘要:本文研究了规则钢筋混凝土（RC）框架－核心筒结构基于位移抗震设计方法的几个关键问题，给出了RC框架－核心筒结构基于位移抗震设计的基本步骤。通过算例说明了设计的基本过程，并通过静力弹塑性分析验证了本文方法的可行性。关键词:RC框架－核心筒结构；基于位移抗震设计；目标位移；变形解构；变形能力Displacement-basedSeismicDesignofRCFrame-CoreWallStructuresAbstract:Somekeyproblemsindisplacement-basedseismicdesign(DBSD)ofRCframe–corewallstructuresarediscussed,andbasicstepsofdisplacement-baseddesignofRCframe–corewallstructuresareproposed.TheDBSDmethodproposedinthispaperisillustratedbyacasestudyandverifiedbypushoveranalysis.Keywords:RCframe-corewallstructures;displacement-basedseismicdesign;targetdisplacement;deformationdecomposition;displacementcapacity1．前言目前，各国建筑结构抗震规范中采用的方法多是基于承载力的设计辅以层间位移验算。自上世纪九十年代BerteroR和BerteroVV[1]明确提出基于性能/位移抗震设计方法以来，这种新的方法受到了研究者和工程师越来越多的关注。基于位移抗震设计是指在不同等级地震作用下，以结构的位移为目标进行结构及构件设计，使其满足预定的性能要求。本文介绍了RC框架－核心筒结构基于位移抗震设计的基本思路，研究了其中几个关键问题的解决方法，在此基础上，提出了RC框架－核心筒结构基于位移抗震设计方法和基本步骤。最后通过算例说明了规则RC框架－核心筒体的设计过程，并利用静力弹塑性分析进行了验证。2．RC框架－核心筒结构基于位移的抗震方法建筑结构基于位移抗震设计的基本思路为：首先根据地震等级、结构类型和结构布置等确定目标位移，然后根据结构整体位移要求得到为构件的目标位移角，最后对构件进行变形能力设计，使其满足给定的变形要求。下面分别介绍这几个关键问题的解决方法。2.1目标位移的确定方法目标位移，即结构的位移要求，是指结构在一定强度等级的地震作用下，给定的结构性能水平和破损程度所对应的最大位移。目前确定结构目标位移的方法主要有能力谱法[2]、位移谱法[3]等。本文提出根据层间位移角限值和侧移模式确定结构目标位移的方法。层间位移角与结构的性能水平密切相关，A.Ghobarah[4]等定量的研究了各种RC结构的破损程度与层间位移角的关系，SEAOC[5]也给出了RC结构在不同等级地震作用下的层间位移角限值。这样，利用层间位移角和侧移模式，可以直接根据结构的性能水平确定目标位移。图1为RC框架－核心筒结构的典型倾覆弯矩示意图。其中阴影部分为剪力墙承担的倾覆弯矩，空白部分为框架所承担的倾覆弯矩。为结构的总高度，为剪力墙的反弯点高度，称为等效高度。图1RC框架－核心筒倾覆弯矩Fig1.OverturningmomentofRCframe-corewall等效高度以下的剪力墙倾覆弯矩分布接近直线，可以用直线来近似，而等效高度以上的剪力墙倾覆弯矩很小，可以近似的取为0。这样，RC框架核心筒体结构的弹性侧移模式为(1)吐式中，消为第顶层的侧移滥，适为第桶层的高度凡，躁为筒体底仙截面的曲然率。哄筒体屈服舍后，在墙扔底部出现堵集中塑性调铰，筒体嫁绕塑性铰克发生塑性缴转动。当敲筒体的塑舍性转角为枯时，剪力蒙墙的侧移唐为(2)挖式中，爷为筒体截驻面的屈服护曲率，帜等效塑性消铰长度。恶根据结构职在给定等汗级地震作查用下可接树受的层间勇位移角铲，可以得裤到结构的违目标位移鸟为(3)应2.2熔特框架的变诱形解构规党则倍通过变形甲解构规则却，得到对痕应于结构设整体位移拴要求的构查件目标位有移角。对古框架，可拦以用框架宫节的侧移景来表示每冒层的层间需位移。如漠图因2景，框架节端的侧移由院梁、柱和暗核心区的猫变形产生巴，其中梁映、柱和核兼心区的剪厕切变形较借小，可以挑忽略，而羽核心区的源塑性变形功主要为纵约筋的拔出杂，可以归极入梁、柱蠢的塑性变筐形，这样贞，框架节死的侧移可酷以表示为(4)丈或僚(批5肌)(6)录式中，氧、刷和干分别为框渠架节的屈塔服层间位嚷移角、塑嗓性层间位脏移角和极春限层间位养移角；腾分别为框吴架梁、柱糟的弹性层吉间位移角奇；乳分别为框庸架梁、柱堡的屈服位恨移角；写分别为框片架节达到遍极限层间富位移角时弓梁、柱的味屈服后层策间位移角斯。鲜图航2宾绑框架节的型侧移与构京件变形场Fig诉2.葬Rela料tion猜ship慌bet豆ween秧dis登plac办emen衔tof责suba炮ssem孝bly信and影def恋orma群tion窃of林elem天ents估定义梁、闪柱线刚度铜比倘，则由节材点区弯矩宜平衡条件之可以得到乘框架弹性分变形解构惹规则。外怜随(7-布1)腰霞聋(7-流2)豪当框架梁泛、柱屈服旷时，框架铸节屈服。其这里以框辞架梁先于誓框架柱屈略服为例，贺介绍框架汗的弹塑性耀变形解构哲规则。首察先假设框井架柱在极带限状态时背不屈服，宽那么梁、权柱的位移虽角分别为船折(8-腥1)逃(8锤-2)终此时，柱束的位移角窗满足石。如翅，说明柱致已经屈纱服耍,全词框架节的逮塑性侧移清由梁、柱夹的塑性变获形共同产饼生。当框经架节处于张极限状态烧时，梁、尺柱的位移姑角分别为态(饲9-1乔)缺(姓9-2宅)陶2.3甩趁筒体的变牧形解构规摸则猾可以近似愚的认为筒柿体墙肢的崇转角等于日该层的层叔间位移，某这样筒体钢变形规则佩的研究重集点就是如雨何确定墙萝肢与连梁歉的关系。丧如份图核3传所示，墙熟肢转角为衫，连梁两峰端的转角哗分别为毕和疼，近似的使取饱，则墙肢什转角与连先梁转角之男间的关系敢为：佳拒(10窄)含图纸3磁室墙肢变形田与连梁变益形唤Fig守3.D姑efor族mati就ons密ofp辆ier绍and折span买drel摘对一般剪掩力墙而言小，帽与跌相差不大妥，词，所以，亩剪力墙转承角和连梁预转角之间榴的关系可肝以近似的余取为街青堪(11)反2.4布R担C乏构件变形备能力设计呈利用集中艺塑性铰模绑型，建立孕了议R黄C奏构件的位辣移模型，肢确定了构调件极限位陈移角的影音响因素。你通过试验胜数据回归扣分析，得删到棉了秆R趣C洋构件极限渔位移角的娇计算式。贿在此基础摇上，提出施了贿R积C倦构件基于痕不同位移陷要求的具受有扬1钢倍方差的课配箍特征犬值计算式呈。疯剪跨比大吉于搜2沉，弯曲破聪坏主的搞R龙C婶柱的变形优能力主要心与配箍特优征值、轴刻压比和剪安跨比有关庄。通过回活归分析，徒得到位移廉角要求为层时，所需守的配箍特串征值为熟(12浅-1)顺式中，蜻为配箍特汗征值，蛙为轴压比沟，移为剪跨比循。馋剪跨比大延于栗2耽，弯曲破蓬坏途的勉R足C帖梁的变形楚能力主要拔与配箍特凳征值、相率对受压区伤高度和剪星跨比有关料。通过回妻归分析，俩得到位移纽角要求为恶时，所需诊的配箍特泪征值为塞(12厨-2)虾式中，壳为相对受谢压区高度衔。漏剪跨比大宴于纪1.都5恩，弯曲破突坏戏的冰R互C芝剪力墙的哑变形能力胡主要与配脉箍特征值壶、相对受挤压区高度壶和剪跨比颈有关。通惯过回归分滨析，得到坐位移角要翼求为痕时，所需柜的配箍特交征值为茄(1钳2-3)稻普通连梁风的变形能醋力主要与丈跨高比、猾配筋率、社配箍特征杀值等有关扩。通过回浩归分析，唇得到位移绢角要求为勉时，所需获的配箍特构征值为钞(12造-4)迟式中，姿，其中脖为纵筋配谎筋率，票为纵筋屈掠服强度，而为混凝土古抗压强度忘，次为跨高比豪。创3耗．辣R贪C晴框架－核娱心筒结构嘴基于位移塞抗震设计俱的步骤涉R防C浓框架－核烫心筒解构骂基于位移删抗震设计生主要有以蹦下四个步框骤，初步则设计、确块定目标位犬移、确定际构件目标亦位移角和汽变形能力肤设计。这锹四个步骤摇分别按以滤下过程来吩进行：节（蔬1祸）初步设锦计夜收集设计胆基本资料絮（场地资掀料、荷载易条件等）势，并采互用丽“挎概念设府计对”栽的方法确扶定结构体回系、构件顶平、立面伴布置、粗律估构件尺虎寸等。袋（刮2俊）确定目脖标位移润根据设计堡性能目标肉，确定结搞构在各等无级地震作锡用下的性埋能水平要棕求。由性蕉能水平，复确定水平没位移角限截值，通过庸侧移模式疏，得到结列构的目标设位移和各雪层的目标牌层间位移爹角。坚（缘3除）确定构污件的目标贝位移角帽计算梁柱棕线刚度比恢，按照框号架的变形断解构规则则，由层间炭位移角要舍求得到梁假、柱的目石标位移角踪。根据筒倍体的变形拼解构规则路，由层间恋位移角要雪求得到连挖梁的目标犬位移角。骨筒体的目早标位移角齿即为解构搏等效高度层处的位移乓角。隙（璃4县）构件变浙形能力设猾计鸦计算各构喘件的轴压趁比、剪跨乳比、相对翻受压区高慌度等相关内参数，根栏据目标位熟移角，计灭算得到所浇需的配箍茄特征值。漫4兄．算例和追验证分析到如垒图卵4勤所示的规嫩则拘R房C局框架－核塘心筒结构陪，粪1验8聚层，层高行均氏为宗3.5串m跑。隔按荣“莲强柱弱卵梁到”第设计框架躁。根据结够构类型和豆性能水平裳要求，确伤定罕遇地品震下层间喘位移角限立值垂为眠1/15母0助，由式香（送3丹）得到结饶构的目标倒位移伏为记0.35闸m虚，罕遇地浮震下各层腐的层间位淹移角要求迅见束表换1下。龙图印4羽溉框架－核敏心筒平面滩图状Fig吧4.P被lan向view耽of渡RCf匀rame擦-cor悟ewa级lls胆truc删ture誓由式律(幕11徒)芝，得到连龟梁的目标基位移角，掠见樱表那2业。累由式悄(欺8枣)朱，得到梁桌、柱的目久标位移角盗。难表赚3辈列出了边挺榀框架梁轨的目标位惠移角。衔表王1息强目标层间乡位移角北层号溉层号雄层号腐1管1/47耗3缝7务1/16氏7之13糊1/15麦0按2糕1/33践3素8扯1/15朽6断14桐1/15及0暑3叹1/26榨4恭9逆1/15鼠3泻15久1/15着0下4蹈1/22夫2交10楚1/15舍2今16呈1/15瘦0播5疏1/19贵7继11证1/15帖0催17皂1/15橡0意6悠1/17旺9幸12步1/15牧0乐18酸1/15冶0阵表荷2菌浸连梁目标吼位移角常层号具层号桑层号放1纲1/15促8付7凡1/56州13糖1/50谷2式1/11房1疫8那1/53薪14晴1/50洗3商1/89对9姻1/51敞15菜1/50端4身1/66蚀10贫1/50牢16桑1/50涂5深1/66由11冬1/50翠17卖1/50恭6泰1/60诵12雕1/50洲18配1/50珠表区3抓废框架梁目凯标位移角虎层号必中梁障边梁掀层号隔中梁联边梁温1果1/52差1啦1/49损7固10败1/16后0容1/16墙0剪2戴1/36夸8遇1/35锹1茎11李1/16洪0拣1/16米0色3透1/29庄6围1/29沾6姻12类1/16好0教1/16欢0棉4宜1/24吧6费1/24族6趋13叶1/16顶0盒1/16什0膏5织1/21耻5禽1/21榜5怖14敌1/16蹲0飞1/16辉0热6侮1/19弱4晃1/19总4涨15撤1/16静0则1/16拨0伍7价1/18效0跟1/18却0矩16吨1/16悠0尤1/16侄0夕8访1/17草0肺1/17要0虑17票1/16混0湖1/16桐0绕9痕1/16栗4训1/16米4辽18像1/16寇0廉1/16列0衫根据构件庸的目标位扩移角，由浴式浸（驾1滨2嘉）计算得但到所需的室配箍特征疯值，见视表顿4提和走表尝5平。待表孟4冤赞连梁配箍灾特征值蓝层号侦层号寇层号像1穷0.01素9宜7升0.10寿8范13梁0.12械4励2口0.03绸9场8气0.11思5尖14摧0.12才4坛3复0.05凯7础9殿0.12振1篮15款0.12母4望4记0.08粪7蚂10脊0.12伞4戚16廉0.12附4斥5恒0.08决7悔11夹0.12呜4筐17燕0.12肯4庆6留0.09激8银12而0.12渔4激18勺0.12烤4用表利5帐达框架梁配哭箍特征值私层号诊层号躁层号胀1项-付7顾0.00条4楼13隆0.00疾9套2刮-限8早0.00名6风14侄0.00舒9孩3加-昌9孝0.00敬8端15夸0.00跑9在4艺-叼10贷0.00器9闻16赴0.00爱9千5慈-悬11甚0.00断9肤17岛0.00涨9负6欣0.00原1锐12柏0.00娇9捕18纺0.00梢9丧对模型进将行静力弹旧塑性分析雷，得到模赶型在罕遇迈地震下位忠移角坚为宁1/22撒5威，最大层柄间位移角见为三1/16释7御，满足预永定要求。岭连梁与框阻架梁位移信角与本文完方法得到幻的目标位巾移角的比芒较见掩图施5挑。其中浅距蓝色为本柱文方法的送目标位移限角，深红吨色为计算垒位移角。补a)黎拘边梁偏b挺)贫湖中梁培图克5波铃目标位移赵角与计算厌位移角的技比较橡Fig附5.C转ompa抢riso建nof咽tar棚get闪drif丑tra利tio线and表comp香uted迈dri吉ftr杀atio5．结论虎本文研究狭了蓝R近C史框架－核叫心筒结构骑基于位移佩抗震设计线的几个基习本问题，许给出姻了歇R派C填框架－核义心筒结构谨基于位移确抗震设计主的基本步迫骤。通过鸽一个规则洪模型说明亿了设计过恨程，进行颜了静力弹船塑性分析牲，对设计氏结果进行等了验证。参考文献房Bert法ero挨R,B揪erte民roV笋V.逮Perf释orma钳nce-艇base嫌dea统rthq游uake牧res秘ista良ntd念esig盒nba锣sed脖onc网ompr绪ehen齐sive侮phi域loso虚phy效and法ener泛gyc毒once音pts汪[P]传.Pr案ocee祝ding趣sof敲11失th先Wor鸦ldC其onfe滴renc超eon铅Ear出thqu颂ake偿Engi食neer愿ing.绒Els胸evie衣rSc障ienc侄eLt把d,1躺996搂ATC.裳FEM璃A44唇0,I元mpro烟veme面nto粪fno盛nlin征ear逐stat就ics刘eism苗ica疾naly匙sis驾proc校edur哨es[惑M].山Wash参ingt秤on,撑D.C.卫:Ap碎pli