楼板不规则开洞结构抗震性能研究

本文以一实际不规则结构为背景,对该原型结构进行抗震性能分析,并对其抗震设计提出相应的设计建议。通过振动台试验,研究原型结构在不同水准地震作用下动力特性的变化情况,考察原型结构在不同水准地震作用下的位移、加速度反应以及破坏形态、整体结构的扭转反应和薄弱环节等,同时对其破坏机理进行研究。结果表明:模型结构个别楼层平均位移比超过规范限值,说明结构存在扭转不规则超限,但超限程度较低,建议适当采取措施,以提高整体抗扭刚度。     

加设翼墙RC框架结构抗倒塌试验研究

汶川地震中的极震区域内,钢筋混凝土框架结构出现了严重的整体倒塌型破坏,造成难以承受的人员伤亡和财产损失。本文从框架结构抗震设计概念和实际震害出发,针对框架结构在地震中出现强梁弱柱型层屈服机制提出研究方向,通过分析带翼墙框架结构的实际震害和振动台模型试验肯定此类结构的极震抗倒塌能力。振动台试验主要以北川老县城一栋抗震性能良好的底框结构为原型,选取1∶4缩尺比例设计带翼墙的框架结构实验室模型,进行振动台试验。试验现象表明,加设翼墙后结构塑性铰出现在底层柱底和各层梁端,结构出现"强柱弱梁"的整体屈服机制,通过分析模型在试验中的地震响应得到带翼墙的框架结构可承受0.58W的水平荷载,对应1/50的整体位移角,表明加设翼墙后的框架结构具有良好的极震抗倒塌能力和可靠的冗余度。     

汶川地震钢筋混凝土框架结构震害及对策

汶川大地震造成了部分钢筋混土框架结构的严重破坏和倒塌,震害包括结构的整体倒塌、部分倒塌、薄弱层倒塌、底层柱的柱顶和柱底的弯曲破坏、短柱的剪切破坏、框架梁端的弯曲破坏等等;此外原先抗震设计时不被注意的楼梯出现受拉破坏,有的甚至被拉断;填充墙是框架结构破坏严重的非结构构件。框架结构这些震害产生的原因多种多样,如实际地震影响烈度大大超过设计设防烈度、建筑的施工质量问题、设计不合理（刚度突变,强梁弱柱）,等等。在对倒塌破坏的框架的震害进行深入分析后,本文提出了解决框架结构抗倒塌的方法：加强柱的抗震设计、适当布置抗震墙、采用隔震或消能减震技术。楼梯设计时应考虑地震下楼梯受力情况,采用刚性连接时,要求计算出楼梯地震效应,并进行配筋;楼梯一端与结构采用滑动连接时,可消除楼梯地震作用下的内力,设计时可不考虑地震影响;加强结构填充墙抗震性能,确保罕遇地震下不致倒塌伤人。     

基于破坏准则的钢筋混凝土结构抗倒塌研究进展

为了进一步研究钢筋混凝土结构抗倒塌性能,全面总结了各国钢筋混凝土结构抗倒塌性能试验研究与理论分析的现状,重点介绍了抗震结构破坏准则在建筑结构抗地震倒塌研究中的应用情况;在归纳总结的基础上,指出了基于破坏准则的钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌研究存在的问题,建议应在构件破坏准则的基础上确定钢筋混凝土框架结构的倒塌准则和损伤评估指标。研究成果为钢筋混凝土结构抗地震倒塌的定量设计及计算分析提供了理论依据。     

汶川青少年活动中心结构设计

汶川青少年活动中心为团中央援建的地震灾后重建项目，采用带防屈曲支撑的框架结构体系。本文简要介绍了该结构工程的基础设计、结构体系、结构整体设计指标，并对结果进行分析。对防屈曲支撑框架结构进行了抗震分析，并讨论了在罕遇地震作用下结构的地震响应。对整体结构及关键构件设计提出了基于性能的抗震设计思路及具体分析方法，主要抗侧力构件满足中震不屈服设计目标，并对结构的重点部位给出了抗震加强措施。     

某超高层结构的扭转分析与设计

通过对扭转的近似计算得出减小结构扭转、增强结构抗扭能力的设计概念,将其运用到实际工程中,整体调整结构布置,对扭转位移较大的构件采用延性较好的钢管混凝土柱,使结构在地震作用下具有良好的安全储备,并进行结构安全性能目标评价和模型验证试验。     

空间外网格与多高层混合结构性能设计研究

以成都博物馆工程为背景,针对空间外钢网格-钢框架-钢筋混凝土核心筒混合结构性能化设计的关键问题进行分析并对该结构进行振动台试验和设计方法研究。开展结构的概念设计,针对结构特性制定抗震性能目标和稳定性能指标;通过弹性、弹塑性时程分析进行结构地震响应研究,并通过振动台试验验证时程分析的结果;对空间外钢网格进行整体稳定性及关键构件失效后结构的防倒塌能力分析。时程分析和振动台试验结果表明:工程采用外钢网格衔接内部钢框架及内部钢筋混凝土核心筒的结构形式是可行的。时程分析得出,结构5~15m标高存在薄弱部位,但在罕遇地震下结构能够满足预期抗震性能目标,结构塑性首先出现在核心筒连梁,并大量开展;而钢结构塑性开展较少;空间钢结构稳定性良好,并且具有较高的冗余度,能够保证少数关键构件破坏下结构不倒塌。     

基于性能的既有建筑防屈曲支撑抗震加固设计

对于抗震能力低、抗震构造措施普遍不满足现行规范的原非抗震设防区既有建筑,采用消能减震技术加固结构,通过性能化设计方法实现抗震加固目标,可以解决传统加固方法效率低、难以实施等难题。以原非抗震设防区某既有框架结构教学楼加固项目为例,介绍了采用耗能防屈曲支撑提高抗震性能的具体方法和既有建筑基于性能的抗震加固设计流程。结果表明:加固前结构单体中最大的扭转周期比达到了0.96,最大位移比为1.38, 加固后扭转周期比控制为0.84,最大位移比为1.20; 加固前结构小震下构件承载力基本满足要求,但扭转周期比和抗震构造措施不满足现行规范要求,大震下结构会发生严重破坏甚至倒塌; 加固后结构构件承载力能满足7度小震(多遇地震提高1度)要求,小震下防屈曲支撑调整结构抗扭刚度,减小扭转效应,大震下防屈曲支撑屈服耗能,显著提高了结构的抗大震性能; 当结构的抗震性能明显提高时,抗震构造措施要求可适当降低。     

扬中金源大广场超限高层2#楼抗震设计

合理的结构体系和抗震性能设计是超高层建筑结构设计的关键。扬中金源大广场2#楼采用典型的部分框支剪力墙结构体系,建筑高度为118.5m,为高度B级的超限高层建筑;同时存在高度超限、扭转不规则、刚度突变、构件间断4项不规则项。首先介绍了场地条件、基础设计和结构选型,讨论了结构超限情况,在上述基础上,确定了结构抗震性能目标;随后开展了多遇地震作用下的弹性分析、设防地震和罕遇地震作用下的关键构件验算与弹塑性分析,在各个水准地震作用下,结构各项性能指标均能达到预期抗震性能目标的要求;最后,针对高度、扭转和刚度突变等超限问题,提出了计算与设计措施。     

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。     

高位转换消能减震结构振动台试验研究

某超限高层建筑采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构,存在高位转换层,其楼板平面开洞尺寸过大,造成楼板平面刚度不连续。弹性分析时,楼层竖向构件最大水平位移与楼层水平位移平均值之比为1.31,属结构扭转不规则,为此结构设计采用了软钢阻尼器来提供附加刚度及阻尼。为研究该高层建筑结构抗震性能,进行了1∶20缩尺模型的振动台试验,获得了模型结构的动力特性及在地震作用下的动力反应,分析了原型结构的地震反应。试验及分析结果表明,该结构满足现行建筑抗震设计规范的抗震设防要求;阻尼器减小了结构的扭转反应,对加速度反应起到了一定的减小作用;转换层上刚度变化较大,应逐步减缓刚度变化,改善相邻楼层的延性;出屋面层的鞭梢效应严重,应重视出屋面层的抗震设计。     

大容量机组空冷支架结构抗震设计方法研究

大容量机组空冷支架结构属质量和刚度沿竖向分布不均匀的竖向混合结构,结构的扭转效应明显,地震作用复杂。大直径钢筋混凝土薄壁管柱为结构的主要抗侧力构件和耗能构件,结构抗震防线过于单一。强烈地震作用下,混凝土管柱底部及柱顶钢桁架连接部位为抗震设计的关键部位。目前,对大容量机组空冷支架结构抗震设计缺乏系统研究,国家相关规范对这方面内容很少涉及。为了确保空冷支架结构的安全,在模型抗震性能试验和大直径薄壁管柱承载力试验的基础上,提出了大容量机组空冷支架结构抗震设计方法和抗震构造措施。     

填充墙外廊式RC框架结构倒塌振动台试验研究

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响,以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型,进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验,得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏,该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处,形成明显塑性铰;之后,纵向另外两榀框架柱相继失效,造成结构底层率先倒塌,继而产生更大范围的逐层连续倒塌,与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件,建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型,进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析,结果表明,半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响,建议在设计中应考虑填充墙的刚度,避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

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。     

Geiger型索穹顶结构模型抗连续倒塌试验研究

索穹顶结构冗余度低,关键构件的破坏可能会引起结构连续倒塌。为了解索穹顶结构的抗倒塌性能,并找出影响该结构体系抗连续倒塌性能的关键构件,采用拆除构件法对跨度6 m的Geiger型索穹顶结构模型进行了抗连续倒塌试验研究。结果表明：单根构件破断后,除个别构件外,其他大多数构件的内力均减小;不同工况下,产生最大竖向位移的节点随破断构件的位置不同而不同,单根构件破断引起的结构最大竖向位移为跨度的1/14;影响索穹顶结构抗连续倒塌性能的关键构件是环索及外斜索;对于同类型构件,构件失效位置对结构抗倒塌性能的影响由内向外依次增大;保证外圈环索不失效是索穹顶结构抗倒塌的关键。     

浅析教学楼加固

汶川地震中校舍的大量倒塌引起人们许多深思,现有的设计理论在地震面前已经显露出其不足之处,而全国校舍的原有设计都存在着一些问题,应该对有问题的校舍进行加固,以防止倒塌事件再次发生。现行的加固方法是直接在已受损的局部构件上进行修补式加固,然而这并不能在真正意义上提高结构的抗倒塌性能。已设计的教学楼在抗倒塌设计上存在明显的不足,因此对教学楼进行抗倒塌加固已经迫在眉睫。对于应进行抗倒塌加固的结构而言更应从整体上考虑对这些构件进行分析,保证在加固后整体性得到提高,关键构件得到充分保障,结构承重体系具有层次性,并使倒塌遵循某种合理的形式才能从根本上保证结构的安全性。     

Shaking table collapse test on exterior corridor RC frame with infill walls

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响，以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型，进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验，得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏，该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处，形成明显塑性铰；之后，纵向另外两榀框架柱相继失效，造成结构底层率先倒塌，继而产生更大范围的逐层连续倒塌，与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件，建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型，进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析，结果表明，半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响，建议在设计中应考虑填充墙的刚度，避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

中小学框架结构教学楼抗连续性倒塌分析

汶川地震和玉树地震造成大量建筑物倒塌和重大人员伤亡,结构的抗连续倒塌分析再次引起工程技术人员的重视。为了研究中小学教学楼在常规设计条件下是否具有抗连续倒塌能力,本文按照现行规范设计了两栋典型的抗震设防烈度分别为7度和8度的中小学框架结构三维模型,依照有关规范中提出的抗连续倒塌的基本规定,采用弹性静力分析方法对拆除柱后剩余构件能否满足承载力要求进行判断。最后还分析了楼板对抗连续倒塌的影响及梁的悬链线机制。结果表明,按现行规范设计的中小学教学楼部分构件仍不能完全保证具有抗连续倒塌能力。     

考虑楼梯影响的框架结构地震响应分析

汶川地震震害表明,楼梯间是结构的易损部位,新版抗震规范中强调了楼梯对于结构的重要性。为了分析楼梯对框架结构抗震性能的影响,应用SAP2000软件通过对比有无楼梯参与整体结构计算分析,得到了楼梯对整体结构自振特性、结构整体反应、多遇地震下梯板及其周边构件受力的影响以及罕遇地震下结构塑性铰的分布。结果表明,楼梯的存在改变了结构振型的出现顺序,使结构的扭转效应增强;楼梯间周围构件有楼梯参与计算后受力变化较大;地震作用下,梯板承受较大的轴力和剪力,应该按照拉(压)弯构件进行设计;罕遇地震下,有楼梯模型结构的塑性铰数量要明显多于无楼梯模型。因此,对于框架结构的设计有必要考虑楼梯的影响。     

聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固残损砖箍窑洞振动台试验研究

为提高残损砖箍窑洞的抗震性能,对黄土高原地区典型传统民居砖箍窑洞残损试验模型采用墙体裂缝注浆加固和聚丙烯打包带网水泥砂浆面层进行整体抗震加固,并对加固后结构模型的抗震性能进行模拟地震动振动台试验。试验中选取人工波、El Centro波和LA Hollywood波作为地震动输入,实测并分析了加固结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力、滞回耗能及加固效果。结果表明：随着地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大;随地震动峰值加速度的增加,X向、Y向加速度放大系数均逐渐减小,出现明显损伤后,结构动力放大系数减小幅度变大;多遇地震作用下加固模型结构最大层间位移角为1/500,设防地震作用下最大层间位移角为1/200,罕遇地震作用下最大层间位移角为1/133,倒塌时最大层间位移角为1/29;拱脚与基础的相对变形明显大于拱顶及窑顶的;加固模型结构破坏时水平扭转角最大值为0.0015rad,具有较大的抗扭刚度和耗能能力;综合加固后结构模型的抗震性能、能量耗散、经济性,聚丙烯打包带网水泥砂浆面层加固砖箍窑洞具有明显的优势,可在残损砌体结构的抗震加固中推广应用。