钢筋混凝土框架结构抗震评估的新方法

钢筋混凝土框架结构抗震评估的新方法

闫熙臣,高小旺(北京工业大学建筑工程学院,北京

100022)

[摘　要]　本文阐述了基于Push 2over 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[中图分类号]　T U37514　　　[文献标识码]　A

A N e w Method of Seismic Evaluation for R einforced Concrete Frame Structure

Yan Xi 2chen ,Gao Xiao 2wang

(The College o f Architecture and Civil Engineering ,Beijing Univer sity o f Technology ,Beijing 100022,China )

Abstract :Based on Push 2over analysis ,a new method of seismic evaluation for rein forced concrete frame structure is introduced.S tory drift and plastic hinge corner are used to evaluate rein forced concrete structure.From the applied illustration ,it can clearly be seen that this method can quickly and scientifically evaluate rein forced concrete frame structure as structure is overall analyzed.At the same time ,conclusions are similar to experience method advised by C ode of Seismic Appraiser of Buildings.

K eyw ords :rein forced concrete frame ;seismic evaluation ;story drift ;plastic hinge corner

[收稿日期]　2006211225

1　前言

Push 2over 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211　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的。文献[1]对一批工程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。212　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,

第29卷第1期2007年2月

工程抗震与加固改造

Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting

V ol.29,N o 11

Feb.2007

Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting 　V ol.29,N o.1　2007

表1　层间位移与层高的比值

结构类型非结构

较大损坏

结构

中等破坏

结构

极限破坏

框架及填充墙框架　1Π5001Π200,1Π150①1Π100,1Π50②框架抗震墙及抗震墙1Π5001Π300,1Π250③1Π200,1Π100③注:①框架柱全截面主筋率不少于210%时取上限值;②框架柱剪跨比不小于2且箍筋约束作用良好时取上限值;③抗震墙抗剪强度与抗弯强度的比值不小于111时取上限值。

表2　框架结构梁和柱的塑性铰转动角限值(Rad)

框架柱框架梁

构造情况性能水平构造情况性能水平

NΠA c f c箍筋可修不倒塌MΠVh0箍筋可修不倒塌

≤014 018～019 >019一般

特殊

一般

特殊

特殊

01010

01005

01020

01025

01010

01015

01010

2～3

>4

≤

2

一般

特殊

一般

特殊

斜向

01015

01008

01025

01030

01030

01035

01015

注:①“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;②“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;③表中数据允许线形插值。

表3　不同破坏状态的ξ

i

值范围

破坏状态基本完好轻微破坏中等破坏严重破坏倒塌

ξ

i

值的范围ξi≥018018>ξi≥015015>ξi≥01350135>ξi≥012ξi<012 213　评估步骤

评估步骤参见图1所示流程图。

3　工程应用

311　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,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,Ⅱ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

312　现行建筑抗震鉴定标准[5]鉴定结果

31211　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15tΠm2 (150kPa)。

(4)结构各部位构造,详见文献[6]。

本工程不符合第一级鉴定要求,需要进行第二级鉴定。

31212　第二级鉴定

楼层横向综合抗震能力指数均小于110(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。

313　本文建议方法的评估结果

　・104

　・工程抗震与加固改造2007年2月　

Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting　February　2007

Push 2over 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

01008814(1Π113),小于1Π100;中震作用下最大值为01006194(1Π161),介于1Π150与1Π200之间;小震作用下最大值为01002358(1Π424),大于1Π500。虽然Push 2over 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,使用的轻质隔墙,无填充墙,故而建议使用1Π200,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

楼层

Q e (i )(kN )

Q y (i )(kN )

ξi

结论4

235183

3111961132基本完好34601833441780175轻微破坏26161253731310161轻微破坏1

707192377172

0153

轻微破坏

各指标均显示结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》(G B 500232

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,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,19,(1)

[5]　G B50023295,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

[作者简介]　闫熙臣(1981～),男,硕士研究生,研究方向为结构抗震性能评估、鉴定,xichenyan @sina.com 第29卷第1期闫熙臣,等:钢筋混凝土框架结构抗震评估的新方法・105　・　

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