钢筋混凝土框架－核心筒结构基于位移抗震计划

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)衬式中，挠为第柱层的侧斧移，侄为第钉层的高盖度，塌为筒体寻底截面割的曲率闭。斩筒体屈筹服后，垃在墙底若部出现侦集中塑音性铰，扔筒体绕匆塑性铰吼发生塑湖性转动叫。当筒分体的塑析性转角正为晌时，剪舱力墙的蚂侧移为帐(2如)家式中，创为筒体手截面的释屈服曲胁率，刚等效塑勺性铰长内度。呆根据结征构在给蓄定等级委地震作证用下可敬接受的锡层间位偷移角甲，可以筑得到结映构的目册标位移作为(3)皮2.2究追框架的洽变形解累构规则辞通过变勤形解构批规则，港得到对原应于结引构整体带位移要哄求的构武件目标歇位移角脏。对框革架，可够以用框屡架节的达侧移来齿表示每您层的层蛇间位移匆。如烘图映2幸，框架川节的侧循移由梁钢、柱和饺核心区牙的变形眉产生，秒其中梁喂、柱和螺核心区闷的剪切散变形较鹿小，可猴以忽略肿，而核向心区的区塑性变董形主要两为纵筋择的拔出泊，可以沫归入梁驰、柱的问塑性变木形，这乖样，框学架节的阁侧移可街以表示拔为川(彩4遗)薪或招(奖5耳)(6)威式中，向、云和红分别为框框架节失的屈服嗽层间位通移角、赵塑性层岂间位移钻角和极润限层间蜻位移角醒；主分别为叉框架梁骨、柱的加弹性层浩间位移坡角；巾分别为辨框架梁听、柱的筛屈服位驱移角；古分别为划框架节捧达到极遮限层间归位移角阳时梁、呢柱的屈浓服后层塌间位移乳角。插图举2两桑框架节邻的侧移截与构件歇变形宝Fig厌2.庭R兄ela裂tio汉nsh钞ip乌bet蛋wee兵nd准isp凶lac窑eme锤nt裹of泥sub龄ass劲emb友ly亡an味dd净efo辉rma塞tio铁no刻fe差lem闻ent酷s阁定义梁键、柱线恒刚度比突，则由进节点区压弯矩平刻衡条件忆可以得苦到框架思弹性吹变形解帮构规则贪。证符各捕(7-减1)脏弯匹熊(7-匀2)歌当框架担梁、柱杨屈服时凭，框架处节屈服待。这里袄以框架惧梁先于浇框架柱昆屈服为觉例，介童绍框架敬的弹塑恐性变形薯解构规壁则。首家先假设肺框架柱阁在极限氧状态时诞不屈服贝，那么碎梁、柱广的位移冶角分别眠为鸦暂(石8-1鲜)雷(肤8-2宇)诵此时，董柱的位嫌移角满皇足共。如慰，说明应柱已经波屈梢服宿,像店框架节覆的塑性续侧移由觉梁、柱护的塑性网变形共习同产生党。当框圈架节处岭于极限忙状态时拢，梁、阳柱的位涛移角分链别为洲(缸9-1母)尝(遭9-2毫)胶2.3朽搜筒体的半变形解虑构规则前可以近剃似的认每为筒体希墙肢的坟转角等悟于该层翠的层间惊位移，杨这样筒沙体变形双规则的壳研究重呀点就是疲如何确恼定墙肢快与连梁帆的关系继。如煌图它3葬所示，裁墙肢转午角为米，连梁洽两端的稳转角分怠别为营和网，近似趣的取峡，则墙撑肢转角手与连梁杀转角之杀间的关壳系为：元盯(助10)论图臂3兄谎墙肢变姻形与连站梁变形筋Fig嗽3.总De推for卧mat膨ion他so级fp选ier械an虫ds梅pan些dre瞒l午对一般暗剪力墙楼而言，活与旷相差不食大，管，所以谷，剪力眼墙转角源和连梁惕转角之郑间的关崇系可以防近似的愁取为烦南染(轿11)心2.4丘R唇C唯构件变含形能力火设计章利用集毒中塑性拒铰模型呀，建立宽了久R磨C恐构件的垫位移模即型，确奔定了构射件极限铁位移角各的影响神因素。碌通过试置验数据严回归分铺析，得受到忆了取R爱C延构件极滥限位移宇角的计弦算式。培在此基钞础上，仪提出茎了贤R裙C挺构件基轨于不同降位移要拍求的具蠢有疏1榜倍方差沈的配箍朽特征值荣计算式草。璃剪跨比瓶大中于亿2抗，弯曲滑破坏德的罩R茫C动柱的变倚形能力出主要与群配箍特右征值、扩轴压比脾和剪跨塑比有关宇。通过卷回归分汪析，得框到位移顽角要求勇为吉时，所闭需的配惨箍特征顾值为总(1怕2-1啄)必式中，躬为配箍狼特征值要，逐为轴压字比，播为剪跨涂比。蕉剪跨比派大愚于睛2照，弯曲涨破坏摧的叨R旨C洁梁的变婶形能力煮主要与勇配箍特颈征值、共相对受币压区高满度和剪布跨比有待关。通者过回归昨分析，挖得到位绍移角要巡求为像时，所僻需的配局箍特征顶值为秤(1洁2-2饿)喊式中，勉为相对钩受压区删高度。腿剪跨比雅大遍于顺1.滤5范，弯曲子破坏禾的阅R泳C开剪力墙荐的变形市能力主辅要与配艇箍特征逢值、相池对受压首区高度贴和剪跨饼比有关饿。通过法回归分势析，得绑到位移络角要求惑为脆时，所卡需的配榴箍特征则值为浊(泳12-蛛3)朵普通连撇梁的变唱形能力干主要与维跨高比巾、配筋朋率、配昌箍特征呈值等有吧关。通哥过回归前分析，敌得到位渠移角要再求为检时，所资需的配铁箍特征其值为胀(1钢2-4气)阶式中，震，其中宁为纵筋渣配筋率饶，测为纵筋第屈服强示度，舅为混凝识土抗压队强度，痛为跨高盆比。害3疏．饱R释C重框架－惰核心筒明结构基赶于位移扬抗震设鞭计的步恭骤株R个C羊框架－短核心筒驼解构基吼于位移泡抗震设商计主要斗有以下剩四个步诱骤，初摊步设计渴、确定席目标位筑移、确主定构件谱目标位反移角和侍变形能脆力设计糕。这四申个步骤窜分别按庸以下过触程来进慧行：翻（好1筒）初步卧设计趋收集设掀计基本完资料（俗场地资鹿料、荷卸载条件亦等），虹并采秃用静“痒概念设级计浊”茶的方法跳确定结抬构体系攀、构件齿平、立育面布置糕、粗估皮构件尺艳寸等。只（狡2泊）确定型目标位浪移罢根据设甩计性能曾目标，悬确定结险构在各美等级地迹震作用级下的性约能水平哭要求。辣由性能孝水平，想确定水哈平位移两角限值焰，通过蹈侧移模质式，得乌到结构创的目标筛位移和唐各层的贷目标层道间位移眉角。穿（柏3遇）确定纱构件的璃目标位环移角荷计算梁兽柱线刚伶度比俭，按照贝框架的券变形解霸构规则粥，由层洪间位移霞角要求愈得到梁极、柱的带目标位血移角。悼根据筒左体的变座形解构岗规则，帐由层间欧位移角矩要求得蛾到连梁蒜的目标绝位移角鱼。筒体腿的目标暴位移角父即为解惹构等效墙高度处寒的位移覆角。醋（部4呆）构件沈变形能炸力设计狼计算各绑构件的慌轴压比桑、剪跨虎比、相遍对受压罚区高度走等相关陪参数，被根据目影标位移筛角，计驴算得到烤所需的躲配箍特政征值。搏4闪．算例纲和验证巾分析旬如警图洒4即所示的施规活则杀R腰C零框架－发核心筒票结构弄，镰1兽8温层，层姓高均财为依3.5眉m浴。蝇按柄“用强柱弱裙梁狮”捐设计框殖架。根师据结构磨类型和施性能水增平要求闯，确定刷罕遇地番震下层推间位移结角限值蚀为狸1/1塘5押0瘦，由式话（成3亭）得到蒙结构的胶目标位授移氧为乞0.3心5稼m词，罕遇圣地震下局各层的腰层间位搞移角要院求见从表馒1往。帅图项4软豪框架－遣核心筒扔平面图羡Fig察4.彩Pl叫an征vie品wo超fR应Cf段ram掩e-c隶ore女wa寺ll尼str御uct碍ure间由式市(纹11坛)乌，得到我连梁的嘴目标位丘移角，浩见温表峡2攻。搭由式像(享8池)菊，得到描梁、柱叹的目标锤位移角颗。糊表叔3策列出了太边榀框倘架梁的散目标位搬移角。还表杜1谷挣目标层弊间位移化角坟层号台层号却层号峰1郊1/4锻73极7榆1/1产67喜13多1/1拜50夸2扩1/3钱33馋8阅1/1羞56门14凳1/1柔50蛙3膊1/2错64并9汇1/1紧53雷15拉1/1岩50果4碑1/2汁22弱10握1/1冷52爆16详1/1祸50慰5免1/1件97怠11骨1/1援50涌17桥1/1领50蕉6蜘1/1碌79督12贝1/1膊50滔18束1/1该50腿表糟2惠弯连梁目挖标位移宴角识层号建层号招层号证1傍1/1败58恒7肢1/5学6纯13幸1/5厘0到2遥1/1尊11块8郊1/5仅3屑14必1/5呈0挺3睛1/8类9疯9科1/5酷1券15负1/5炭0尊4幕1/6援6恰10茎1/5聋0乎16量1/5难0荡5明1/6马6包11伴1/5软0兵17午1/5鸭0止6简1/6料0症12亦1/5苍0芒18新1/5填0净表拍3悬静框架梁孔目标位珠移角药层号揉中梁挤边梁势层号达中梁鲜边梁扰1萌1/5界21稍1/4轻97西10臣1/1贺60哨1/1知60孝2惊1/3护68庄1/3矿51铃11拣1/1佣60牧1/1栋60慌3设1/2沟96域1/2客96泼12项1/1粥60溜1/1疾60软4键1/2机46催1/2限46鉴13暂1/1捉60殿1/1殖60贵5疮1/2哀15个1/2贝15影14勉1/1货60疏1/1第60怨6碰1/1芝94斥1/1提94锹15同1/1灶60放1/1惠60灿7牲1/1矛80帐1/1耍80仗16势1/1或60妨1/1标60贝8炼1/1省70腥1/1陡70拍17乓1/1提60欲1/1派60贝9得1/1板64服1/1悲64坊18边1/1低60篇1/1茅60碍根据构忧件的目个标位移钩角，由叫式营（残1此2黑）计算过得到所播需的配叉箍特征蛋值，见庸表艳4茫和吗表追5离。狠表朵4孕债连梁配凤箍特征渣值根层号陕层号丈层号鱼1呼0.0俯19艺7植0.1火08磁13凤0.1笑24为2稍0.0沸39仇8表0.1党15遣14伟0.1搜24芒3以0.0秤57帜9享0.1增21袭15屯0.1北24痛4糠0.0却87秒10氧0.1偿24残16鲜0.1夹24洁5移0.0社87凭11记0.1透24缴17纷0.1冶24糖6射0.0垄98撒12绝0.1两24锄18策0.1栏24庄表禽5国轧框架梁鸣配箍特犬征值骡层号不层号屑层号膝1拉-篮7白0.0惊04鱼13络0.0劝09菜2妈-换8肢0.0要06轰14挠0.0昨09惯3嚼-槽9袍0.0爬08史15猫0.0偿09泡4锦-赢10培0.0妹09但16帝0.0晶09出5兵-珠11族0.0燕09徒17偿0.0阀09嗽6俱0.0售01葱12华0.0插09结18四0.0微09拘对模型迁进行静腐力弹塑建性分析鉴，得到袭模型在漏罕遇地桑震下位喜移角善为飘1/2扫2案5掉，最大侧层间位浑移角赛为篮1/1朋6专7垄，满足钢预定要割求。连俱梁与框欠架梁位北移角与锄本文方初法得到抽的目标侦位移角部的比较洒见宋图扰5勉。其中唯浅蓝色昌为本文逗方法的值目标位肺移角，谋深红色雁为计算佳位移角器。桐a)拦割边梁击b跃)成炼中梁猛图赵5锯夸目标位柔移角与搁计算位疗移角的含比较赔Fig副5.食Co自mpa掀ris掠on脆of纪tar让get国dr竞ift唤ra策tio恭an舟dc退omp蛮ute柜dd街rif兼tr离ati籍o帽5挪．结论怖本文研厅究臂了谦R许C寻框架－切核心筒旗结构基偿于位移茧抗震设睬计的几早个基本龙问题，份给出累了打R活C笨框架－丈核心筒伏结构基完于位移俩抗震设街计的基皮本步骤搂。通过杠一个规虚则模型远说明了更设计过舅程，进营行了静京力弹塑齿性分析乳，对设怕计结果纳进行了阔验证。筋参考文似献远Ber复ter手oR穴,B草ert成ero凝V异V.仪Per株for术man挪ce-箩bas瘦ed慈ear燕thq必uak退er跟esi宰sta铅nt摇des伤ign降ba芹sed换on柳co享mpr种ehe偶nsi凤ve索phi迟los怀oph饥ya屠nd骆ene悟rgy堡co顿nce街pts矿[P地]史.P赏roc巩eed貌ing长so胆f1壮1即th会Wo呈rld帝Co寿nfe纳ren别ce晓on绸Ear含thq麻uak遗eE恼ngi攻nee祥rin楼g.捎Els携evi餐er浅Sci同enc油eL第td,动19米96除ATC都.F虏EMA棉44沟0,逆Imp驻rov壳eme赴nt菌of益non袖lin服ear考st地ati拐cs学eis诊mic颂an鸦aly奖sis摸pr帖oce行dur墓es础[M]既.W谷ash做ing传ton廊,D邻.C.嗽:A制ppl粮ied虏Te晋chn奴olo掉gy