基于不同性能目标的RC结构抗震设计的效益分析

针对不同的建筑抗震设防类别和性能目标(小震丙类、小震乙类、"中震不屈眼"和"中震弹性"),对框架结构和框架一剪力墙结构进行抗震设计.以小震丙类建筑为基准,比较按小震乙类建筑、 "中震不屈服"和"中震弹性"设计时,结构地震效应和抗震措施的差别所引起的构件截面尺寸与配筋(即工程量)的变化.分析表明:①按中震设计时结构的楼层位移约为按小震设计时的2-3倍.②框架结构:6度、7度区按不同性能目标设计,工程增加量都在10%以内;8度区,工程量增加很多,尤其是按"中震弹性"设计,混凝土和钢筋增加量都超过40%.③框架一剪力墙结构:6度区,只有按乙类建筑设计时,用钢量增加很多,约为82.0%;7度区,按中震性能目标设计时,用钢量增加很多,尤其是按"中震弹性"设计时,剪力墙截面非常大,实用性和经济性均较差.④(键筑抗震设计规范>中,对不同设防水准下的不同结构所规定的抗震措施(包括构造措施)具有重要意义.在低烈度区,单纯依靠提高设计地震作用进行设计,并不能达到提高结构抗震安全的目的;除非结构的重要性要求提高抗震设防类别,一般情况下,对结构的关键部位和关键构件采用性能设计,更为经济有效.     

丙类与乙类设防RC框架结构抗地震倒塌能力对比

按照GB 50011-2001《建筑抗震设计规范》6～8.5度的丙类与乙类设防要求分别设计了10个典型RC框架结构算例,采用基于动力增量时程分析(IDA)地震倒塌易损性分析方法得到了各算例结构在遭遇罕遇地震和特大地震时的倒塌率,据此对不同设防烈度的丙类和乙类RC框架结构的抗地震倒塌能力进行了评价分析。研究指出,结构的抗倒塌能力需根据结构的绝对抗震能力和相对地震动强度来进行评价。分析结果表明,对于6～7.5度抗震设防的结构,因其绝对抗震能力偏低,抗震设防烈度仅由丙类提高到乙类,其在遭遇特大地震时的抗地震倒塌能力仍较差,需采取进一步的措施增强其抗震能力。     

钢筋混凝土框架结构教学建筑抗倒塌性能研究

三柱式(大小跨)单廊教学建筑以其良好的自然通风、采光性能,应用广泛。该类结构侧向刚度小,罕遇地震作用下抗倒塌性能差,应采取可靠工程措施改善其抗倒塌性能。本文结合某些中学教学楼的抗震设计工程实践,简要介绍改善三柱式钢筋混凝土框架结构在罕遇地震作用下抗倒塌性能的工程措施。在高烈度地震区,采用钢筋混凝土框架——钢支撑结构,或钢筋混凝土框架-抗震墙结构,可改善其抗倒塌性能。由于教学建筑抗倒塌性能的重要性和该类结构的特殊性,在设计的过程中,除了按现行建筑抗震设计规范要求满足结构的承载力和极限能力之外,用基于性能评估的Pushover方法对结构在设防烈度的罕遇地震作用下的性能进行分析和评估,以实现大震不倒的抗震设计目标。     

高烈度区某复杂平面高层教学楼隔震设计

昆明市某新建中学为采用钢筋混凝土框架结构体系的隔震建筑,属于8度区重点设防类建筑。介绍了结构的隔震设计,包括多遇地震弹性分析、设防地震分析和罕遇地震分析等内容。根据超限情况,提出相应抗震性能目标及加强措施。分析结果表明,工程虽属于重点设防类建筑,但通过详细抗震计算分析及抗震加强措施,能满足相应的抗震要求,做到“小震不坏、中震保证正常使用功能、大震不倒”的抗震目标。     

不规则钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能

按现行规范及技术规程设计了设防烈度为8度的一个不规则的钢筋混凝土异形柱框架结构，并进行了双向水平地震作用下的空间三维非线性地震反应分析，考查了异形柱框架结构在罕遇地震水准下的整体抗震性能，对结构能否达到抗震设防目标进行了初步评价。结果表明，8度区按规范设计的结构在罕遇烈度地震作用下基本能够达到预期的抗震设防目标。     

单跨RC框架结构的抗震倒塌能力分析

学校建筑中的连廊经常使用单跨框架结构,而关于单跨框架结构的抗震倒塌能力定量评价较少。按《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)设计了17个连廊框架模型,分别进行基于动力增量分析方法的倒塌易损性分析,用倒塌概率和安全储备系数定量评价各模型的抗震倒塌能力。结果显示,相比同层数的双跨框架结构,本例单跨框架结构的抗震倒塌能力冗余度高;1层乙类单跨框架结构,通过提高一度采取抗震措施或提高一度计算地震作用均能提高结构的抗震倒塌能力,使结构倒塌概率在可接受的范围,且提高一度计算地震作用比提高一度采取抗震措施更能提高结构的抗震倒塌能力;提高框架梁的抗震性能对提高结构抗震倒塌能力作用很小,而提高框架柱的抗震性能能较大地提高结构抗震倒塌能力;用安全储备系数归一条件下的造价来评价,提高框架柱抗震性能比提高一度采取抗震措施更经济。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

抗地震倒塌能力谱研究

应用基于IDA的倒塌易损性分析方法,定量评估了单自由度结构体系的抗地震倒塌能力,提出了结构抗地震倒塌能力谱的概念。抗地震倒塌能力谱由抗倒塌能力均值谱和离散度谱两部分构成,不仅可用于估计结构在不同超越概率地震作用下的倒塌率,还可根据罕遇地震/特大地震作用下的倒塌率目标,建立基于倒塌率目标的抗震设计方法。由于传统抗震设计的R-μ-T谱未考虑结构的倒塌状态,因此,建议采用R-μ-T谱和抗地震倒塌能力谱分别折减设防地震和罕遇地震/特大地震作用下的弹性地震作用需求,以实现"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设计目标。     

不同设防烈度RC框架结构的地震倒塌风险统计与分析

为开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,以不同设防烈度下6层RC框架结构模型设计结果为例,采用动力弹塑性时程分析和概率统计的方法对GB 50011《建筑抗震设计规范》约定罕遇地震以及50年超越概率2％地震作用下建筑倒塌概率进行分析,并对建筑倒塌概率的影响因素进行研究.结果表明:结构的最大弹塑性层间位移角服从正态分布;按层间位移角的累积概率进行风险评估,在规范约定罕遇地震下,6度和8度(0.30g)设防RC框架结构的抗倒塌性能有保证,7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;在50年超越概率2％地震下作用,8度(0.30g)和9度设防RC框架结构的抗倒塌性能基本有保证,6度、7度(0.1g)、7度(0.15g)和8度设防时倒塌风险显著偏高;结构倒塌风险与预期地震作用下层间位移角平均值具有明显的相关性,严格控制预期罕遇地震下的平均最大层间位移角是确保抗倒塌性能的重要手段;对于中低烈度设防的RC框架结构,规范GB 50011约定罕遇地震峰值加速度明显偏低、结构构件抗震等级低、轴压比限值高、框架柱截面小、结构初始刚度和屈服承载能力偏小等是地震倒塌风险偏高的主要原因.     

HPFRC耗能墙-RC框架结构地震易损性分析

采用Perform-3D结构分析软件，选取44条地震动记录，对高性能纤维增强混凝土（HPFRC）耗能墙-钢筋混凝土（RC）框架结构进行基于增量动力分析方法（IDA）的地震易损性分析.结果表明：HPFRC材料良好的受拉应变硬化性能，可以改善结构或构件的耐损伤能力和耗能能力，进而提高整体结构的抗震性能；结构发生倒塌时，由44条地震波计算出的对应于结构基本周期的反应谱加速度平均值大于8度设防烈度对应的罕遇地震作用下结构基本周期所对应的谱加速度值，说明HPFRC耗能墙-RC框架结构具有良好的抗倒塌能力；在8度设防烈度对应的罕遇地震作用下，HPFRC耗能墙-RC框架结构发生倒塌的超越概率为0.03%，满足大震作用下结构的抗震设防要求.     

基于易损性的钢筋混凝土框架结构抗震性能裕度评估

采用性能裕度比作为评估结构抗震性能的指标,该指标通过计算地震易损性中位值与多遇地震、设防地震和罕遇地震强度的比值来评估结构的抗震性能裕度。选择4种考虑不同抗震设防水平的5层3跨钢筋混凝土平面框架结构作为研究对象,通过易损性分析,计算得到结构的性能裕度比。研究结果表明：随着结构抗震设防水平的提高,结构的地震易损性中位值和结构所对应的多遇地震、设防地震和罕遇地震的强度随之增加。然而,由于前者的增加幅度要小于后者的,因此,结构的性能裕度比随其抗震设防水平的提高而降低;在设防地震和罕遇地震作用下,结构具有足够的性能裕度以满足“中震可修”和“大震不倒”的性能要求;抗震设防水平的提高会使结构不满足“小震不坏”的性能要求。     

基于IDA法的生态复合墙结构抗震性能评估

在基于性能的抗震设计中,增量动力分析法(IDA)常被用于计算结构的动力反应、损伤性能及可能的经济损失。这种设计方法弥补了传统单一的、基于生命安全的抗震设计方法的缺陷,能够可靠地保证建筑结构的功能在地震的作用下不致丧失乃至不受影响。采用IDA法对生态复合墙结构进行了抗震性能分析,提出了生态复合墙结构抗震性态目标量化的确定方法,并通过IDA曲线分析,得到了结构的倒塌储备系数(CMR),评价了生态复合墙结构的抗震性能。通过工程实例分析表明:在8度大震作用下,生态复合墙结构倒塌的概率较小,约为7.5%,具有较好的抗震性能。     

基于统一倒塌风险的建筑抗震设计方法研究

为了研制基于一致倒塌风险的建筑抗震设计方法,首先对建筑结构地震倒塌风险表征参数及其控制水准进行了研究,认为在工程设计与控制中,可采用规范GB 50011-2010的弹塑性层间位移角限值作为倒塌的判别标准,采用弹塑性层间位移角限值的超越概率表征建筑的地震倒塌风险,风险控制水准建议取10％;其次对基于统一地震危险的抗震设计...     

半刚性框架-屈曲约束钢板剪力墙结构振动台试验研究

为研究半刚性框架-钢板剪力墙结构的抗震性能,进行了1个缩尺比为1/3的单跨4层钢框架-屈曲约束钢板剪力墙的振动台试验。试验采用模拟地震动的方法,选取El Centro波、Taft波和一条人工合成波,分析在7度多遇至9度罕遇共计8个水平地震作用工况下结构的动力特性和动力响应。研究结果表明：在多遇地震作用下,结构无明显塑性变形;罕遇地震作用时,1、3层墙板大部分区格形成拉力带。随着地震激励的增大,结构刚度逐渐退化,9度罕遇地震输入后结构抗侧刚度最大降幅仅为12%;屈曲约束钢板墙作为第一道抗震设防防线,率先进入弹塑性工作阶段,吸收耗散地震能量,避免框架发生破坏;在多遇及罕遇地震作用下结构的层间位移角分别为1/476和1/68,均满足我国现行抗震规范对层间位移角限值的规定。结构整体表现出优异的抗震性能,满足我国“两阶段,三水准”抗震设防要求。     

磁流变阻尼智能加固体系的试验研究

提出利用磁流变阻尼器(MRD)对有损伤结构进行智能加固。根据MRD的特点,结合我国抗震设计规范,给出MRD智能加固的三个等级性能目标,对其进行量化,并确定MRD智能加固的设计要点。利用MRD对一有损伤钢筋混凝土框-剪偏心结构进行抗震加固,并进行振动台试验。结果表明,采用MRD智能加固后的结构抗震性能大大提高,优于用被动控制方法加固的结构。     

自复位支撑-摇摆框架结构体系及其基于位移抗震设计方法

本文提出一种可恢复功能结构体系——自复位支撑-摇摆框架结构体系，旨在同时实现较大刚度、自复位能力以及构件间的变形协调。针对可恢复功能结构体系防震能力强的特点，已建立了可恢复功能结构体系“小震及中震不坏，大震可更换、可修复，巨震不倒塌”的抗震设防四水准目标。文中结合可恢复功能结构体系四水准性能指标，采用基于位移的抗震设计方法，进行了自复位支撑-摇摆框架结构设计。以一幢四层结构为例，给出了四水准抗震设防目标下的基于位移设计方法算例，并建立了ABAQUS有限元数值模型，进行了弹塑性时程分析。分析结果表明，按文中方法设计的自复位支撑-摇摆框架体系可满足可恢复功能结构体系抗震设防目标，达到各性能指标要求。     

近断层向前方向性地震动作用下RC框架结构易损性研究#br#

向前方向性效应是近断层地震动的重要特征之一，使得在垂直于断层方向上表现出明显的速度脉冲分量，引起结构的严重破坏。为考察该类特殊地震动作用下RC框架结构的损伤程度，基于传统的增量动力分析方法，建立考虑材料不确定性和输入地震动不确定性的结构-地震动样本，对一个12层框架结构进行地震易损性研究。利用易损性分析结果计算出结构的破坏状态概率，结合群体结构震害评估中的震害指数经验值，得到多遇地震、设防地震和罕遇地震的易损性指数。研究结果表明：近断层向前方向性地震动作用下，依据我国抗震规范设计的RC框架结构能够满足小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标。尤其在大震作用下，结构仍处于中等破坏水平，表明结构在发生倒塌之前具备充分的富裕度。     

带叠层桁架转换层高层建筑结构整体模型振动台试验研究

上海裕年国际商务大厦为带巨型叠层桁架转换层的高层建筑结构,属于复杂高层建筑结构。预应力混凝土叠层转换桁架的跨度和其所承受的竖向荷载均很大,是整个结构设计和施工的技术关键。为了研究该结构的整体抗震性能,进行了一个1:25 缩尺模型的振动台试验,研究了模型结构的动力特性,以El Centro波、Pasadena波和Shw2002波为输入地震波,分别按设防烈度7度多遇、基本、罕遇、超罕遇以及8度罕遇、超罕遇地震作用进行试验,研究了模型结构在各阶段地震作用下的加速度、位移和应变反应,以及结构的破坏形式和破坏机理。试验结果表明,模型结构能满足7度抗震设防的“小震不坏”和“大震不倒”的设计要求,8度超罕遇地震作用下结构仍不倒塌,结构具有良好的抗震性能。在7度多遇、基本以及罕遇地震作用下,预应力混凝土叠层转换桁架基本处于弹性状态。图15表4参7     

底部框剪配筋砌块砌体房屋弹塑性地震反应的数值模拟

在总结底部框剪砖房和配筋砌块砌体的抗震性能研究成果的基础上,对底部框剪上部配筋砌块砌体结构的抗震特性进行了初步研究。采用层间剪切模型和三折线骨架曲线恢复力模型,分别按6、7、8度区的多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度,输入ElCentro地震波,模拟此类房屋的线性和非线性地震反应。通过分析加速度和位移地震反应,恢复力和层间位移角的变化,考察了该结构的抗震性能和抗震能力。结果表明:底部两层框剪上部六层配筋砌块砌体结构(高25.5m)可用于8度地震区,这种结构的底部框剪层是薄弱部位;应提高框剪层的水平地震剪力设计值,增强延性设计,提高抗倒塌能力。