鋼筋混凝土框架結構推覆分析

摘要：本文闡述了基于Push-over分析的抗震評估方法，提出使用層間位移角以及結構在大震下的塑性鉸轉角來評估框架結構的抗震性能，給出了新的抗震性能評估的步驟。使用本文所推薦的方法對一實際工程進行了抗震性能評估，并且與現行建筑抗震鑒定標準所推薦的方法對比，結論一致。結果表明，該方法從結構整體性能分析出發，可以快速有效地評估結構的抗震性能，該方法也可以為結構加固后的抗震性能評估奠定基礎。

關鍵詞：鋼筋混凝土框架 抗震評估 層間位移角 塑性鉸轉角

1 概述

Push-over即結構推覆分析。1975年，Freeman等人在push法中引入了地震需求譜曲線和能力譜曲線的概念，發展了push over法，并促進了push over法在結構抗震性能評估等方面的應用推廣。中國位于環太平洋地震帶與歐亞地震帶的交匯處，地震頻繁震災嚴重。因此，快速、準確地評估位于地震區的建筑物的抗震性能，可以更好地指導施工建設，保障人民生命財產安全。

2 評估指標、標準和步驟

2.1 評估指標 鋼筋混凝土框架結構層間各構件變形的綜合結果和層高的影響，可通過層間位移角反映出來，同時也與結構的破壞程度有一定關聯。對于剪切型結構來說，每個樓層的層間側移都相互獨立。[1]計算建筑工程項目的彈塑性地震反應得知，抗震效果最差的樓層，其層間最大位移角均比同一樓層最危險桿件的位移角大。因此，可根據層間位移角對結構物抗震性能進行綜合評定。強烈的地震作用會使個別主要抗側力構件的變形量超出其承受極限致使建筑物倒塌。基于此，彈塑性變形驗算的變形限值，必須規定出層間位移角限值以及控制彎曲程度的構件的截面塑性鉸轉角限值，以免個別構件的塑性鉸過大造成建筑物局部倒塌。通過分析受地震災害影響的建筑物結構我們發現，在地震作用的影響下，結構的薄弱處最先損壞，彈塑性變形集中發展。據此，我們可檢查薄弱樓層的層間彈塑性位移是否超過限定范圍，來對建筑物的整體抗震性能進行綜合評估。結構強度和結構彈塑性反應特點都能通過層間強度屈服系數體現出來[2]。

2.2 評估標準 按照國際慣例容許的變形取值，參照國內外地震災害數據資料，總結出表1中鋼筋混凝土結構層間容許變形的取值。[3]對六個弱梁型梁柱組合件試驗測得的塑性鉸轉角分布區間是[0.019，0.033]，最小值和平均值分別為0.026、0.0296。基于安全儲備的考慮，表2給出了框架柱端的極限塑性鉸轉動角限值。[4]基于綜合分析結果給出層間強度屈服系數對應的破壞標準，如表3所示。

2.3 評估流程（如圖1）

3 工程應用

3.1 工程概況 于1950年完工的某四層現澆混凝土建筑物，采用外掛墻板與輕質內隔墻設計，框架下部是箱形地下室，圖2為該建筑物的平面布局。該建筑物的位置在9度設防區，屬Ⅱ類場地，均采用C13混凝土梁、柱設計，地震分組為第一組。

3.2 現行建筑抗震鑒定標準[5]鑒定結果

3.2.1 第一級鑒定。①該結構屬平立面規則的純鋼筋混凝土框架結構，沒有砌體結構連接，也沒有易倒塌構件（如女兒墻、填充墻等），缺少抗震設計。②混凝土梁、柱及其節點的使用年限已超過四十年，除了局部有不同程度的開裂和剝落現象，鋼筋不銹蝕、未露筋，主體結構傾斜度偏大。③結構地基屬砂質黏土，未出現不均勻沉降，基礎兼做地下室的箱形基礎，原地基承載力為15t/m2（150kPa）。④該建筑施工項目與第一級鑒定要求不符，需進行二級鑒定。

3.2.2 第二級鑒定。樓層橫向綜合抗震能力指數都未達到1.0，抗震設計與第二級鑒定標準不相符，必須進行加固或采取其他措施。

3.3 據結構推覆分析得出該結構層間位移角沿樓層的分布規律（如圖3） 在大震作用、中震作用和小震作用下，層間位移角的分布規律分別是：最大為0.008814（1/113），小于1/100；0.006194（1/161），1/200～1/150；0.002358（1/424），大于1/500。據結構推覆分析結果得知，結構在大震作用下，其層間位移角雖然未達到設計要求，但從結構塑性鉸的分布圖（圖4）可以看出，結構底層柱底端完全形成塑性鉸，在梁端多處形成塑性鉸，說明結構已不具承載能力，徹底成為了一個機構，當遭遇高于本地區設防烈度的地震影響時，結構物可能損壞，無法通過一般修理來恢復抗震功能；在小震作用下，建筑物最大層間位移角已超出既定標準，因此無法達到“小震不壞”的要求。無需對塑性鉸轉角進行過多的計算即可判定建筑物的抗震性能與設計要求不符。下表4為強梁弱柱類型結構物層間屈服強度系數的計算結果[6]。

計算結果表明，該建筑物會遭到不同程度的破壞，需要全面加固。

4 結論

筆者所探究的評估鋼筋混凝土框架結構抗震性能的方法，經計算驗證，該方法的評估結果與《建筑抗震鑒定標準》中的評估結果基本相同。該評估方法主要分析的是建筑物的整體結構的抗震性能，因而能迅速定位抗震能力較差的薄弱部位，同時可作為加固后結構抗震性能的進一步評估。

參考文獻：

[1]魏璉.高層及多層鋼筋混凝土建筑抗震設計手冊[M].地震出版社，1990.

[2]李培林.建筑抗震與結構選型構造[M].中國建筑工業出版社，1990.

[3]郭子雄，呂西林，王亞勇.建筑結構抗震變形驗算中層間彈性位移角限值的研討[J].工程抗震，1998（02）.

[4]高小旺，鐘益村，陳德彬.鋼筋混凝土框架房屋震害預測方法[J].建筑科學，1989（1）.

[5]GB50023-95，建筑抗震鑒定標準[S].中國建筑工業出版社，1995.

[6]中國建筑科學研究院，鋼筋混凝土框架結構抗震鑒定和加固方法研究[R].1988.