勁性混凝土結構基于性能的分災抗震設計

高彬森

摘要：本文將基于性能的分災抗震設計方法作為選用的設計理念，在勁性混凝土結構中增加支撐這種分災構件。通過利用SAP2000對帶裙房的勁性混凝土框架結構進行耗能分災數(shù)值模擬。實例分析證明，在中間跨安裝支撐以及轉換層處安裝防屈曲支撐后的結構，層間位移角減小。各項抗震性能指標滿足我國的現(xiàn)行“抗規(guī)”與“高規(guī)”中規(guī)定要求，表明耗能支撐在勁性混凝土結構中具有很強的實用性。

Abstract： In this paper， the performance-based damage-reduction seismic design method is chosen as the design concept， and the supporting component is added in the reinforced concrete structure. The reinforced concrete frame structure with podium is simulated by SAP2000. The example analysis shows that the interlayer displacement angle is reduced in the structure which installs support in the middle span and anti-buckling support at the transfer floor. The seismic performance indexes can meet the requirements of the current "anti-regulation" and "high-regulation" in China， which indicates that the energy dissipation brace is very practical in the reinforced concrete structure.

關鍵詞：勁性混凝土；耗能支撐；抗震性能

Key words： reinforced concrete；energy dissipation brace；seismic behavior

中圖分類號：TU352 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0105-03

0 引言

勁性混凝土高層建筑在進行結構抗震設計時面臨許多不確定因素。工程結構本身的材料性能，計算模式等也存在各種不能定因素，材料時效、阻尼變化等復雜因素在分析計算模型中也很難被真實反映。各種不確定因素的綜合最終導致結構構件抵抗地震荷載的不確定性。因此，在地震作用下計算分析設計結構抗震性能的基礎上引入分災抗震設計的概念，能夠對結構抗震起到的重要作用[1]。在結構中加入普通支撐以及轉換層處使用防屈曲耗能支撐能夠對原結構的抗震性能產(chǎn)生較大影響，在小震作用下，支撐未進入工作階段，此時可為主體結構提供剛度；當在中震作用下，支撐在主體結構進入彈性變形之前進行工作耗能表現(xiàn)出較強的非線性；而當大震作用下時，支撐伴隨主體較大的彈塑性變形也進入非線性工作狀態(tài)。因此，通過加入支撐作為勁性混凝土的分災構件可提高結構整體抗震性能[2]。

1 基于分災模式的勁性混凝土結構抗震優(yōu)化設計模型的建立

1.1 耗能分災結構體系的性能水準及目標

基于結構性能設計的主要目標是滿足結構在不同地震風險下的不同目標要求，在滿足一定的經(jīng)濟條件下，最大限度的限制和減輕建筑物的地震破壞。確定性能目標時應綜合考慮多項因素，比如要求設計者和業(yè)主共同協(xié)商、考慮建筑物所在地設防烈度等。我國現(xiàn)行階段的抗震目標設計可以滿足結構整體抗震性能的最低要求，而基于性能的抗震設計是滿足結構構件在不同的地震荷載作用下的不同的性能目標需求，這也是基于性能抗震設防目標與傳統(tǒng)的抗震設防目標的重要區(qū)別[3]。耗能分災結構通常有較強的消耗地震能量的能力，提高整體結構的抗震可靠度。本文將耗能分災的性能目標分為三類：設防目標一：“小震不壞，中震可修，大震不倒”；設防目標二：“小震不壞，大震可修”；設防目標三：“大震不壞”。算例基于第二種設防目標進行抗震設防。

1.2 耗能分災結構體系的阻尼比估算

2.2 分析方法

通過SAP2000軟件采用時程動力分析方法對結構整體進行受力分析，其中地震波采用EL-Centro NS波，時間間隔0.02s，峰值加速度為341.7cm/s2，查得抗震規(guī)范多遇地震作用下的時程加速度峰值應取α=35cm/s2，在軟件中輸入時程曲線函數(shù)時與“抗規(guī)”要求相一致，故對地震波時程函數(shù)進行調(diào)整，調(diào)整比例系數(shù)為A=35/341.7=0.108。采用振型分解反應譜方法時，考慮扭轉耦聯(lián)振動對結構的影響，采用規(guī)范推薦的CQC方法進行振型組合。

3 結果分析

3.1 側向剪切剛度

選擇X向B軸線框架（圖2所示）通過分析數(shù)據(jù)可知，X向抗震單元的側向剪切剛度與豎向受力單元的側向剪切剛度比值為16.12～35.31，結果表明抗震單元的剪切剛度遠大于豎向受力單元，抗震單元明顯優(yōu)于豎向受力單元。

3.2 各層水平地震剪力分析

通過振型分解反應譜分析可看出結構在X向和Y向的剛度均勻。當在彈性動力時程分析時，可以看出在X、Y方向在14-23層剪力開始變大（如圖3所示）。

3.3 樓層位移

樓層整體結構為彎剪型變形，上部結構為剪切變形，下部結構為彎曲變形。如圖4所示，其位移角也存在一定變化，在地震荷載作用下勁性混凝土框架與支撐協(xié)同工作，在下部樓層因結構位移小，支撐控制住框架的變形，使結構承擔了大部分的剪力；而上部結構隨位移的增大框架的變形反而減小，框架除承受部分剪力外，還要負擔支撐體系變形的附加剪力。

4 結論

①分災設計比普通設計更符合“投資-效益”準則，通過加入抗震支撐結構的可利用較少的鋼材降低了造價成本。②在地震作用下分災抗震單元吸收地震能量比豎向受力單元大，抗震支撐作為第一道防線很好的達到兩階段設防要求。③通過分災設計后的結構最弱層層間變形可靠指標也有不同程度的提高。

參考文獻：

[1]楊迪雄，李剛.結構分災抗震設計：概念和應用[J].世界地震工程，2007（04）：95-101.

[2]孫國華，顧強，何若全，方有珍.鋼板剪力墻結構的耗能能力[J].計算力學學報，2013（03）.

[3]JGJ 149-2006，混凝土異形柱結構技術規(guī)程[S].2006.

[4]鄭山鎖，李磊.型鋼高強高性能混凝土結構基本性能與設計[M].科學出版社，2012.

[5]陸鐵堅，余志武.帶支撐多層鋼框架結構的內(nèi)力和位移計算[J].長沙鐵道學院學報，2002，20（3）：7-11.

[6]JGJ138-2001，型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程[S].2001.