不同设防烈度下RC框架结构抗震设计与控制因素分析

为了对GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中RC框架结构地震倒塌风险水平进行量化统计分析,开展基于一致倒塌风险的抗震设计方法研究,依据GB 50011—2010,对18个不同层数(4、6、10层)、不同设防烈度(6~9度)的典型RC框架结构进行试设计,并依据试设计结果对各模型的抗震设计控制因素进行分析。结果表明：对于低烈度(6、7度)设防的框架结构,柱截面尺寸一般由构造要求或轴压比限值确定,最大轴压比一般出现在中柱,且重力荷载代表值所占比重很大,柱截面配筋则由最小配筋率规定和静载承重要求控制,结构构件的抗震冗余度不足;而对于中高烈度(7度(0.15g)及以上)设防的框架结构,柱截面尺寸主要由位移角限值控制,最大轴压比一般出现在边柱,且重力荷载代表值效应所占的比例随着烈度和层数的增加而显著降低,截面配筋一般由抗震承载力要求控制。     

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.     

RC框架结构产生"强梁弱柱"的震害分析

结合《建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)》的相关规定,以汶川地震中映秀镇漩口中学食堂为例,采用常用的简化力学模型进行设计计算并与震害现象进行对比。得出RC框架结构中虽然设计计算考虑楼板对梁的刚度贡献,并由此梁端弯矩设计值进行梁端矩形截面配筋设计。但是由于没考虑板筋对梁端承载力的贡献,即使柱端增大了弯矩设计值,也在低烈度设防区形成强梁弱柱的结构。     

RC框架结构梁板柱空间协同抗连续性倒塌非线性有限元分析

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法,考虑梁板柱空间协同效应,经对一单层2×2跨RC空间板柱结构中柱失效倒塌试验模拟分析并与试验结果对比之后,分别对三种不同抗震设防RC空间框架结构模型进行连续性倒塌非线性仿真分析,得出随抗震设防烈度提高,框架结构抗连续性倒塌的空间刚度增大,倒塌模式从"缓变型"向"陡变型"转变;抗震设防烈度越高,结构竖向抗连续性倒塌能力越强;楼板膜效应延缓了梁悬链线阶段的出现,而框架梁对楼板膜应力机制和悬链面机制起到加强作用,楼板与框架梁协同工作在悬链线(面)阶段整体提高竖向抗连续性倒塌能力等研究结论。     

SRC+RC柱-RC梁框架结构性能的分析研究

将原设计为SRC柱-RC梁的框架结构,转换为达到同等性能的SRC＋RC柱-RC梁的框架结构和全RC框架结构,采用静力弹塑性分析方法（pushover）和动力时程2种分析方法对结构进行整体分析。对这3种结构从截面尺寸、配筋量以及在地震作用下的动力特性等方面进行对比分析,从而体现出SRC＋RC柱-RC梁框架结构以较低的造价实现了优越的结构性能。     

实配钢筋“强剪弱弯”型RC框架梁可靠度分析

防止框架梁剪切破坏是框架结构抗连续倒塌设计的基本要求。研究表明,框架梁抗剪能力不足是导致框架结构"强柱弱梁"耗能机制难以形成的重要因素之一。这就需要在设法保证框架接近形成梁铰型塑性机构的同时,防止梁端塑性铰区在其达到塑性变形状态之前发生脆性剪切破坏,即通常所说的RC框架梁"强剪弱弯"措施。建立框架结构梁端实配钢筋"强剪弱弯"可靠度极限状态方程,利用一次二阶矩实用分析法求解梁端可靠度。设定框架梁"强剪弱弯"目标可靠度βt:一级抗震等级βt=3.1,二级抗震等级βt=2.6,三级抗震等级βt=2.1,四级抗震等级βt=1.6。根据6组不同抗震设防烈度钢筋混凝土框架结构实配钢筋施工图,求出梁端节点可靠度β,对不符合"强剪弱弯"可靠度要求的梁端,采取增大箍筋配筋面积和改变梁截面尺寸的方法,确保框架结构梁端满足"强剪弱弯"可靠度水平。     

中小学框架教学楼抗震设防标准提高对钢筋用量的影响分析

为了研究抗震设防标准提高后中小学框架结构教学楼钢筋用量的增加,通过研究规范中框架梁和框架柱的抗震措施[1~3],具体分析了影响中小学框架结构教学楼钢筋用量增加的因素。论文以太原市某中学框架结构教学楼为工程算例,利用PKPM结构设计软件,分别按标准设防和重点设防进行结构设计,并计算框架梁和框架柱钢筋的用量。对比得出中小学框架教学楼按照重点设防类别设计计算时,对框架梁和框架柱箍筋用量影响较大,箍筋用量增加101%,对框架梁和框架柱纵筋用量影响略小,纵筋用量增加了12.1%。为以后工程人员对中小学框架结构教学楼结构设计与工程造价控制提供参考。     

钢筋锈蚀后钢筋混凝土梁抗剪性能试验研究与分析

为了研究箍筋与纵筋锈蚀对钢筋混凝土（RC）梁抗剪性能的影响,设计了10根RC梁进行试验研究,分析了箍筋与纵筋的锈损机理及其影响。试验过程中,采用了机械切割的方式对箍筋进行锈蚀模拟,采用了包裹Teflon薄膜绝缘层的方式对纵筋进行无黏结模拟,采用了填充丙烯酸板的方式对纵筋锈胀裂缝进行模拟。以现有的试验数据,对箍筋锈蚀影响因子与箍筋截面损失率的相关性进行了拟合分析。结果表明：Teflon薄膜包裹钢筋与丙烯酸板填充模拟轴向裂缝模拟纵筋锈蚀效果较好;箍筋和纵筋锈蚀对构件斜截面抗剪性能影响显著,随着锈蚀率增加,抗剪性能退化程度增大。     

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.     

装配式矩形螺旋箍筋RC梁抗剪承载力试验研究

为研究装配式矩形螺旋箍筋RC梁的抗剪性能,设计并制作了3根配置矩形螺旋箍筋RC梁和3根配置普通分离式箍筋RC梁,研究了剪跨比、配箍率等因素对构件的抗剪承载力、整体性的影响。结果表明,与配置普通分离式箍筋RC梁相比,当剪跨比为1.51、2.03时,装配式矩形螺旋箍筋对RC梁的斜截面承载力有所提高;当剪跨比为2.5时,斜截面承载力略有降低;装配式矩形螺旋箍筋对RC梁的挠度无明显影响,但可以增强混凝土梁的整体性;配置矩形螺旋箍筋RC梁可以节约18%的箍筋用量。     

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.     

设计性能目标下RC框架结构抗倒塌能力研究

针对小震丙类、小震乙类、中震不屈服和中震弹性4个性能目标,采用增量动力时程分析方法（IDA）对钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力进行了分析。以小震丙类建筑为基准,研究结果表明：抗震措施和地震作用是影响结构抗震性能的重要因素;严格按照抗震规范设计的框架结构,具有较高的安全储备,基本上能够达到“大震不倒”的性能目标;6度设防时,按乙类建筑提高抗震措施或按中震性能目标提高设计地震作用,对结构的抗倒塌能力影响不大;7度设防时,按中震性能目标设计能显著提高结构的抗倒塌能力;8度设防时,提高抗震措施等级和提高设计地震作用都能够大幅提高结构的抗倒塌能力,尤其按中震设计的钢筋混凝土框架结构能够抵御加速度峰值1000gal以上的地震作用。     

中国与日本在混凝土框架结构抗震设计中的比较分析

比较中国与日本在混凝土框架结构抗震设计的目标、方法、过程等方面的不同.抗震设计目标我国采用“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设计目标,日本则要求“中震不坏,大震不倒”;抗震设计方法两国都分为两阶段,校核结构的应力和变形;抗震设计过程中,日本始终围绕“屈服结构”的概念,将塑性铰部位与非塑性铰部位分别设计,而我国对于同一构件是一次设计的。结合一个十四层,总高45m的混凝土框架结构,在构件尺寸、材料强度、设防烈度等前提条件尽量相同的基础上,比较了按中日规范分别设计的结果,发现在塑性铰部位日本配筋量和我国配筋量相近,在非塑性铰部位日本配筋量则明显大于我国的设计结果。给出了我国在设计中可借鉴的方面,以求进一步提高混凝土结构设计的安全度。     

低烈度区低、多层住宅低配筋剪力墙抗震性能试验

在低烈度的低、多层混凝土剪力墙结构中,是否可以采用比现行规范规定的墙体和边缘构件构造配筋更低要求的配筋形式,是目前低烈度区低、多层剪力墙结构设计需要解决的问题。通过7个低配筋剪力墙试件的低周反复加载试验,从破坏模式、延性、承载力、刚度、耗能能力、滞回性能等方面对低烈度区采用适合低、多层住宅结构的低配筋剪力墙试件的工作性能进行评价。试验的变化参数为截面形式、边缘构件纵筋配筋率、边缘构件箍筋配箍率、墙体腹板水平及竖向分布钢筋配筋率。通过对试验结果的对比分析,在低烈度区的低、多层剪力墙结构中,能够采用经过合理设计的低配筋剪力墙。     

基于APM的RC框架结构抗连续倒塌研究概述

近年来结构的连续倒塌事件频发,主要介绍了基于APM的RC框架结构的抗连续倒塌研究情况。从APM概念、抗连续倒塌机理研究、APM的影响因素等三方面分析,重点探讨模型精细化程度、分析手段不同及受力纵筋的锚固粘结和配筋等影响APM分析的因素,为深入研究RC框架结构的抗连续倒塌性能实现量化提供借鉴。     

不同设防烈度下RC框架结构的抗侧向倒塌能力

地震作用下建筑结构的抗侧向倒塌能力是抗震性能评价的基础。选取4个结构整体性能参数作为结构抗侧向倒塌能力评价指标,分别为结构强屈比、超强系数、延性系数和延展系数。按中国现行规范设计了12个RC框架结构,考虑侧向力分布形式和设防烈度的影响,采用Pushover方法对结构进行计算,并根据能力曲线和结构整体性能参数对结构抗侧向倒塌能力进行评价。结果表明:结构整体性能参数能从强度储备和变形能力两个方面对结构抗侧向倒塌能力进行分析;随着设防烈度和结构高度的提高,侧向力分布形式对结构抗侧向倒塌能力的影响增大;设防烈度对结构强屈比和结构延展系数的影响较小,对结构超强系数和结构延性系数的影响较大;随着设防烈度的提高,结构超强系数减小,而结构延性系数增大。     

钢筋混凝土抗震框架连续倒塌行为分析

以某抗震设防框架为研究对象,采用SAP2000有限元软件,依次拆除底层纵向边柱、横向边柱、角柱和内柱,研究抗震框架的倒塌破坏行为。以做功平衡原理建立了柱失效处梁配筋调整计算公式,并进行了配筋调整设计。结果表明:7度和8度抗震设防的框架结构仍会发生连续性倒塌,但是抗倒塌能力随着设防等级的提高而提高,抗震设计不能够完全替代抗倒塌设计;柱失效导致结构发生连续坍塌破坏的危险性由小到大依次为内柱、横向边柱、纵向边柱、角柱;梁铰机制在结构抗倒塌中的作用尤其重要,倒塌破坏时以梁的弯曲破坏为主,剪切破坏较少出现;线弹性静力分析计算的供需比最大值一般出现在失效柱上一层的相邻梁上,而非线性静力分析的最大破坏出现在与失效柱相连的梁上,但是二者对结构可能的失效位置判断基本一致。     

高层框架结构常见施工问题

本文阐述了高层框架结构施工中常见的问题:梁柱节点箍筋安装、柱变截面位置纵筋构造、梁板钢筋保护层超标、梁柱节点区混凝土强度不一致,提出了具体的解决方法、措施。     

钢筋混凝土框架梁截面的优化确定

以梁的配筋和截面有效高度为优化设计变量 ,导出了 RC框架梁的优化配筋率和优化设计高度 ,并给出了各种荷载作用下 ,不同设防烈度和场地类别条件下的截面优化设计高度表达式 ,为设计人员提供了方便 .     

基于梁铰机制的柱端弯矩增强措施研究

汶川地震中钢筋混凝土框架结构塑性铰普遍出现在柱端,该震害现象促使我国抗震规范在2010版提高了"强柱弱梁"措施。新的柱端弯矩增大系数取值对一、二抗震等级而言与已有研究结果相近,但低烈度区、三级抗震的取值仍缺乏依据。该文按现行中国规范设计5个位于Ⅱ类场地的不同设防烈度分区、不同抗震等级的规则钢筋混凝土平面框架,讨论现浇板钢筋、梁下部纵筋等对"强柱弱梁"措施的影响规律。以强震下除底层柱下端外其他柱截面纵筋不屈服的梁铰机制为原则建立非线性计算模型,对每个框架分别输入30条符合要求的地震波,在OpenSees平台上对5个框架进行罕遇地震下的非线性反应分析,并对柱端弯矩增大系数需求进行统计分析。结果表明,对于7度区三级抗震框架的柱端弯矩增大系数,抗震规范取1.3明显不足,建议提高其取值,并同时附加将中间节点处绝对值较小的梁端负弯矩取为零的计算原则;8度区二级框架、9度区一级框架的柱端弯矩增大系数需求的统计结果较规范取值偏大得相对较少。基于梁端实际配筋和材料强度标准值的柱端弯矩增大系数需求的统计特征值离散性更小、沿楼层变化不大,同时其已包含板钢筋的贡献,是相对更好的"强柱弱梁"措施形式,此时抗震规范的一、二抗震等级的弯矩增大系数仍有待提高。