山地城市掉层框架结构抗地震倒塌能力研究

由于底层柱嵌固端在不同水平面而形成的掉层框架,其在大震甚至特大地震作用下的安全性备受关注。通过对一榀5层3跨掉层框架模型的拟静力试验进行破坏模式分析,校验了有限元模型模拟掉层框架结构受力反应的准确性。并对普通框架、掉层框架和带拉梁的掉层框架共6个算例进行抗地震倒塌易损性分析,定量评估了各算例的抗地震倒塌能力,分析其破坏模式与抗地震倒塌能力的关系。结果表明:掉层框架的破坏模式表现为上接地楼层柱率先发生破坏;掉层框架抗地震倒塌能力低于普通框架,且与所掉层数关系不大;上接地楼层柱的率先破坏是造成掉层框架抗地震倒塌能力低于普通框架的主要原因;增设拉梁对于提高掉层框架结构抗地震倒塌能力无明显效果,但对掉层框架结构的破坏模式有影响。     

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.     

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.     

RC框架结构抗连续倒塌分析

参考美国规范,运用拆除构件法,基于SAP2000通用有限元软件．对一按照我国现行规范设计的RC框架结构进行抗连续性倒塌分析,分析了移除失效柱后,剩余框架柱柱轴力的变化趋势,对比分析了柱失效位置对结构抗连续性倒塌性能的影响,并研究了层高对结构抗连续性倒塌性能的影响．得出在不考虑地震荷栽作用时：角柱失效对结构影响最大;柱失效后,剩余结构的内力重分配只集中在失效跨内,失效点上方柱基本失去支撑作用;层高对结构抗连续性倒塌性能影响较小,建议结构层高取值在3．6m～4．2m之间。     

基于增量动力分析方法的空间掉层框架结构的抗地震倒塌能力研究

参照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》和GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》设计了7度(0. 10g)区非掉层框架以及掉层框架原型结构,并采用PERFORM-3D软件对相应的平面和空间模型10个算例进行对比分析。基于增量动力分析方法对非掉层框架和掉层框架结构进行了抗地震倒塌能力研究。按照FEMA 350倒塌判定准则对比了两种模型的倒塌易损性曲线规律,同时考察了各算例的抗倒塌安全储备系数,统计了结构的各层间峰值位移角、倒塌模式及倒塌概率。分析结果表明:1)对于第一种倒塌极限状态,在平面模型中,非掉层框架结构安全储备系数值小于掉层框架结构,而在空间模型中则相反; 2)在第二种倒塌极限状态下,非掉层框架结构的抗地震倒塌能力远远弱于掉层框架结构,而且在此极限状态下结构的抗地震倒塌能力、倒塌概率以及倒塌模式都与地震动的输入方向有关; 3)地震动方向对掉层框架结构的抗地震倒塌能力及相应的安全储备影响较大,双向地震作用下,结构可能出现不同于平面模型和单向地震作用下的新倒塌模式,抗地震倒塌安全储备更小。     

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。     

轴压比对预应力混凝土框架抗震能力影响研究

由于预应力混凝土(PC)框架结构自身的特点,当采用我国现行规范规定的普通钢筋混凝土柱的轴压比限值进行设计时,往往会造成框架柱截面尺寸较小,在地震作用下结构形成典型的层间屈服机制而破坏;而过分限制轴压比,又会导致设计中"柱的截面尺寸由轴压比确定,柱的配筋则由构造配筋率确定",即:柱子的截面尺寸较大导致建造成本上升而经济性不佳,合理地确定柱轴压比已成为PC框架工程设计中的必需。依据我国现行规范设计设防烈度为8度(0.2g)区的6榀不同轴压比PC框架,采用基于性能的抗震分析评估理论,研究各轴压比下PC框架的耗能屈服机制及轴压比对PC框架抗震能力的影响,初步探讨PC框架轴压比限值的合理性与经济性。分析表明,进一步降低现行规范中的轴压比限值,能够较好地保证PC框架在罕遇地震作用下的抗震能力。     

翼缘框架柱框架结构抗震性能初探

单跨框架结构教学楼在采光和通风等方面有较好优势,在以往中小学建筑中较多采用。单跨结构体系由于冗余度较低,在罕遇地震作用下极易发生破坏,甚至整体倒塌。文章考虑在纯框架结构的柱侧面增加一定长度和宽度的翼墙,形成翼缘框架柱框架结构,以此来改变结构的破坏机制,提高结构的整体抗倒塌能力。借助有限元分析软件Midas/Building,以某中学教学楼为例,对单跨纯框架结构和翼缘框架柱框架结构进行弹塑性分析,评价两种结构的受力性能、屈服破坏机制和整体抗倒塌能力。结果表明:在罕遇地震作用下,翼缘框架柱框架结构能够实现“强柱弱梁”破坏机制,达到改善结构抗震性能和抗倒塌能力的目的,为该类结构在教学楼建筑中的应用提供借鉴。     

多层钢筋混凝土框架柱震害调查分析与启示

针对汶川地震中多层钢筋混凝土框架结构的框架柱震害进行分析,就我国现行规范为实现预期抗震设防目标,对框架柱梁抗弯能力比值以及柱轴压比、箍筋配箍率、纵向钢筋总配筋率等抗震构造措施展开讨论,并与美国IBC2006规范、AC I318-08规范以及欧盟EC8规范的相关规定进行比较,提出关于保证结构实现抗震设防目标的框架柱、梁抗弯能力比值以及最小配箍率、轴压比、纵向钢筋最小总配筋率等抗震措施的建议。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

Seismic design of special moment‐resisting steel frame with prevention of soft‐storey mechanism failure

Most structures with masonry infills that are continuous along their height, which are interrupted in the lowest storey, are damaged by earthquakes. These structures are anticipated to collapse due to the undesirable soft‐storey mechanism formed by lateral stiffness of masonry infills in other storeys. The seismic design criteria of UBC97 code for special moment‐resisting steel frame (SMRSF) are reviewed. In this paper, a new criterion for seismic design of such structures is presented. The proposed criteria are used to design three SMRSFs: 5, 8 and 15 storeys. Nonlinear time‐history dynamic analyses are applied for the designed SMRSFs based on the proposed criteria. Displacements and storey drifts, which are obtained by the proposed method, are compared with nonlinear time‐history dynamic analysis results, finally. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于文献调研的我国建筑结构地震倒塌风险概率评估

基于文献调研,搜集和整理了我国近年来关于建筑结构地震倒塌易损性方面的研究成果,建立了我国建筑结构地震倒塌易损性数据库。基于经典的Cornell地震风险概率计算公式,分别以谱加速度和峰值加速度为地震动强度参数,计算了我国建筑结构的地震倒塌风险概率。通过与美国抗震设计规范FEMA P750和欧洲学者建议的关于建筑结构地震倒塌风险的相关要求进行对比,对我国建筑结构的地震倒塌风险水平进行了评估。分析结果表明: 由于我国现行抗震设计规范GB 50011—2010中并未对结构地震倒塌风险做一致性要求,因此,我国建筑结构的地震倒塌风险概率结果分布较广;随着建筑结构抗震设防等级的提高,其地震倒塌风险概率也随之增加;相比于美国规范和欧洲学者研究成果,我国现行抗震设计规范尚不能对结构的地震倒塌风险进行有效控制。     

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。     

Fragility analysis of hillside buildings designed for modern seismic design codes

The structural configurations of hillside buildings are significantly different than those observed on flat terrain. To study the effect of often observed structural configurations of hillside buildings, collapse fragility of regular “flat land (FL)” and irregular “split‐foundation (SF)” and “step‐back (SB)” buildings is studied using incremental dynamic analysis. The effects of building height, seismic zone, and near‐ and far‐field sites on collapse fragility are investigated. It is observed that SF and SB hillside buildings exhibit significant torsional effects at the storey just above the uppermost foundation level. In case of FL buildings, collapse occurs due to the flexural failure of beams and columns. On the other hand, in SF and SB buildings, the collapse occurs due to the combined effects of shear failure of short columns and flexural failure of beams and columns in the storey just above the uppermost foundation level. In general, SF buildings are observed to be the most vulnerable, whereas FL buildings are the least vulnerable. It is observed that high‐rise SF and SB buildings show unacceptably high probability of collapse at maximum considered earthquake, in Seismic Zone V and for the near‐field site in Seismic Zone IV.     

地震作用下相邻建筑结构碰撞反应分析

地震作用下,相邻建筑结构由于不同动力特性的差异,并且没有足够的间距,容易遭受碰撞破坏。相邻结构间的碰撞作用是导致结构破坏甚至倒塌的重要原因之一。将相邻结构简化为多自由度楼层处碰撞模型,采用简化的Hertz-Damp模型,以相邻15层与8层钢筋混凝土框架结构为例,研究结构在地震作用下的碰撞反应,分析两相邻结构间不设置防震缝及按规范设置防震缝时,在不同加速度峰值情况下,碰撞作用对结构层间位移角和层间剪力的影响。研究表明,碰撞作用显著放大较高结构碰撞层及以上楼层的层间位移角和剪力,对较低结构具有总体抑制作用,但对顶层可能会产生不利影响;按规范设置防震缝时,7度设防结构在遭受7度罕遇地震时无碰撞发生,但遭遇8度和9度罕遇地震时发生碰撞,碰撞作用对结构反映的抑制作用比结构间无防震缝时明显降低。     

基于一致倒塌风险的建筑抗震评价方法研究

建筑结构的抗震能力、尤其是抗倒塌能力设计目标应根据其所在场地未来一定设计使用年限内可能遭遇的地震危险性来设定。首先介绍了基于动力增量分析（IDA）的结构倒塌易损性分析方法,随后结合地震危险性分析,分别给出了结构抗倒塌能力和结构所面临地震危险性的概率模型,进而根据结构在未来一定设计使用年限内的倒塌概率,对建筑结构的抗地震倒塌风险进行定量评价,并给出了相应的计算方法。以一座7度抗震设防的RC框架结构为例,计算了该RC框架结构在3个同为7度抗震设防而地震危险性不同地区的地震倒塌风险,指出仅以抗震设防烈度作为建筑结构抗震设计的依据所存在的不足,建议应基于一致倒塌风险进行结构抗震设计,并提出了相关结构抗震设计方法需开展的研究工作。     

钢筋混凝土框架结构抗层屈服倒塌能力评价方法研究

在框架薄弱层进入塑性工作阶段后，地震反应将大幅衰减，如地震持续作用，或者再遭遇较大余震时，结构可能会倒塌。通过分析钢筋混凝土框架薄弱层承载力退化和刚度退化，探讨发生落层倒塌的内部原因和外部条件，揭示框架薄弱层倒塌临界状态应遵循的变形准则和稳定准则。通过分析试验数据，阐述基本原理，推导计算公式，提出了基于Pushover分析的钢筋混凝土框架抗层屈服倒塌能力评价方法。研究结果表明，钢筋混凝土柱端弹塑性损伤是薄弱层承载力和刚度退化的内在原因，竖向荷载引起的等效负刚度是抗侧刚度丧失的外部条件；影响抗倒塌能力的主要因素包括竖向动力放大系数λ、刚度退化系数β_u和刚重比ζ，当λ=β_u ζ 时，框架薄弱层处于倒塌临界状态。最后提出了抗地震倒塌需进一步研究的问题。     

增量动力分析在单层网壳倒塌评估中的应用

增量动力分析已经成为结构抗震性能评估的重要方法之一,但其在空间结构中的应用还处于空白.本文利用增量动力分析方法对某单层网壳进行了抗震性能评估.以地震峰值加速度和最大位移为地震动参数和工程需求参数对该网壳进行了增量动力分析.根据分析结果,计算了该网壳在任意峰值加速度下的倒塌概率,结合地震动危险性曲线,得到了该网壳的年度平均倒塌概率.计算结果表明,该单层网壳具有较高的抗倒塌性能;增量动力分析可以应用于单层网壳的地震倒塌评估.     

框架结构抗倒墙的工作机理

结合框架结构在地震作用下的倒塌破坏分析,简单介绍了框架结构抗倒塌能力的主要影响因素及目前常用的分析方法,指出增加框架结构的意外安全储备是提高其抗倒塌能力的有效途径.受到实际震害的启发,提出将具有滞后受力和备用传力路径等特性的部分填充墙作为抗倒墙使用,并介绍了抗倒墙的基本要求.通过仿真计算比较了纯框架结构、布置填充墙的框...     

建筑结构抗倒塌分析方法

建筑结构的倒塌可分为两种模式:建筑物侧向增量倒塌与竖向连续倒塌。本文论述了建筑物结构失效模式的如何辨识以及侧向倒塌能力点确定准则的相关研究进展。介绍了现有的连续倒塌研究方法,尤其是基于备用荷载路径的竖向非线性动力分析方法。为建筑结构整体抗震可靠度研究以及结构抗震性能评定与设计提供参考。