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正《土木工程学报》01/2020地震作用下中美规范RC结构层间位移角限值的对比研究为研究地震作用下我国规范层间位移角限值的合理性,将其与美国规范的层间位移角限值进行对比。基于等位移原理推导中美规范层间位移角限值的对比方法,提出中美规范层间位移角限值富裕度指标β。设计框架、剪力墙、框架-剪力墙和框架-核心筒等80个典型RC结构模型,验证结构在设防烈度地震作用下处于弱非线性。分析结构体系、场地类别和设防烈度对β的影响,结果显示,模型的β值均大于1,说明中国规范层间位移角限值比美国规范更为严格。以β作为修正系数,将四种结构体系的位移角限值统一调整为1/500,重新设计16个模型,采用基于构件变形的抗震性能评估方法,验证层间位移角限值调整后结构在强震下的安全性。(韩小雷,张垒,杨光)     

地震作用下中美规范RC结构层间位移角限值的对比研究

为研究地震作用下我国规范层间位移角限值的合理性,将其与美国规范的层间位移角限值进行对比。基于等位移原理推导中美规范层间位移角限值的对比方法,提出中美规范层间位移角限值富裕度指标β。设计框架、剪力墙、框架-剪力墙和框架-核心筒等80个典型RC结构模型,验证结构在设防烈度地震作用下处于弱非线性。分析结构体系、场地类别和设防烈度对β的影响,结果显示,模型的β值均大于1,说明中国规范层间位移角限值比美国规范更为严格。以β作为修正系数,将四种结构体系的位移角限值统一调整为1/500,重新设计16个模型,采用基于构件变形的抗震性能评估方法,验证层间位移角限值调整后结构在强震下的安全性。建议:多遇地震作用下RC结构层间位移角限值可取1/500。     

基于能力谱法的框架-剪力墙结构地震易损性分析

地震易损性分析是评估结构地震灾害损失的关键。应用PKPM软件设计不同设防烈度的6个10层框架-剪力墙结构。应用能力谱法求得各结构在不同罕遇烈度地震作用下的最大层间位移角,回归分析给出最大层间位移角与地震动加速度峰值的关系式。以最大层间位移角为整体性能指标,进行结构地震易损性分析,给出结构地震失效概率关于地震动加速度峰值的计算公式。计算得到不同设防烈度框架-剪力墙结构在罕遇地震作用下的震害矩阵,为评估框架-剪力墙结构的地震灾害损失,提供基础数据。     

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.     

某剪力墙结构隔震设计技术经济性研究

为了研究高烈度区高层剪力墙结构住宅采用隔震设计的技术经济性,对某剪力墙结构采用隔震设计前后进行了较为全面的分析比较。多遇地震作用下,分别对隔震结构与非隔震结构的底部剪力和层间位移角进行验算。罕遇地震作用下,对隔震结构与非隔震结构的耗能性能、层间位移角、剪力墙变形角以及连梁变形角等进行对比分析,考察结构的损伤情况。在此基础上,探讨了隔震结构与非隔震结构材料用量、工程造价与设防烈度的关系。分析结果表明,采用隔震设计后,结构的地震总剪力与倾覆力矩均可降低2/3左右,多遇地震作用下的最大层间位移角可减小40%以上,罕遇地震作用下的最大层间位移角可减小50%以上;设置黏滞阻尼器对于减小隔震层的最大位移作用显著;剪力墙基本处于弹性状态,连梁的损伤程度大大降低。8度(0.3g)设防时,隔震结构钢筋和混凝土的用量均明显少于非隔震结构,工程造价低于非隔震结构。     

水平地震作用下不对称不规则结构抗扭设计方法研究

对水平地震作用下不对称不规则结构的抗扭设计进行了详细分析与研究。结果表明,设计这类结构时应主要考虑:由楼板(刚性隔板)的扭转角引起的竖向构件的扭转不超过许可值;边端框架或剪力墙的层间位移角应小于规范限值;控制不同烈度地震作用下的楼板平面内应力在许可范围内。从楼层扭转位移比的定义,楼层扭转角与楼层质心距端部框架或剪力墙距离之积,可以看出现行抗震规范仅采用扭转位移比来控制楼层的扭转是不够的。     

高层EPS格构式混凝土墙体地震响应分析

为了更全面地研究高层水泥聚苯模壳格构式混凝土墙体结构的抗震性能,本文基于12层框架—EPS格构式混凝土墙体结构高层住宅,运用ANSYS大型有限元数值模拟软件对其进行地震响应分析,并对8度多遇、基本设防、罕遇地震下三种不同地震波对结构的加速度放大系数、层间位移角和底部剪力进行了比较。得出该结构门窗洞口、外围突出角部位置和纵墙底部属于结构薄弱部位;在不同设防烈度作用下,EL-Centro波对结构的地震响应最大;在8度多遇地震(0.07g)作用下该结构处于弹性变形阶段,在基本设防地震(0.20g)作用下,开始进入塑性阶段;在罕遇地震TAFT波和EL-Centro波作用下结构超出规范中层间位移的限值要求,而在人工波作用下,结构处于弹塑性阶段且满足最大层间位移角限值要求。     

某超高层结构罕遇地震弹塑性时程分析

某超高层办公楼位于抗震设防烈度7度地区,结构高度156 m,采用钢筋混凝土框架-核心筒结构,为B级超高层建筑。为了研究结构在罕遇地震作用下整体及主要构件的性能,分析结构在大震下的塑性发展情况,采用SAP2000程序进行了罕遇地震下的弹塑性时程分析。分析结果表明,罕遇地震下,结构整体受力性能良好,结构的最大层间位移角满足规范1/100的限值要求,部分连梁及框架梁进入塑性,框架柱及剪力墙基本处于弹性状态;结构能够达到预设抗震性能目标,满足大震不倒的设防要求。     

低烈度区低配筋多层剪力墙结构抗震性能分析

为研究低烈度区多层剪力墙结构采用比现行规范规定偏低配筋时的抗震性能和工程应用可能性,针对4种不同平面布置形式的多层剪力墙结构,依据现行结构设计规范,分别按抗震设防烈度6度、7度（0.10g和0.15g）进行抗震设计,并减少结构设计规范要求的墙身构造钢筋量,形成低配筋多层剪力墙结构。经对设计完成的相同平面布置的低配筋剪力墙结构的截面和配筋情况进行对比,发现6度和7度（0.10g）设防区的构件截面和配筋完全相同,而与7度（0.15g）设防区稍有差别。采用Perform-3D程序对设防烈度7度区低配筋多层剪力墙结构进行非线性动力反应分析,结果表明：结构在7度罕遇地震作用下的地震反应很小,进入非线性的区域不大,结构损伤轻微;对比墙身配筋率显著小于低配筋多层剪力墙结构的剪力墙试件试验结果发现,在7度罕遇地震作用下,低配筋多层剪力墙结构中剪力墙的损伤很小,且最大层间位移角远小于其极限位移角。因此,低配筋多层剪力墙结构的抗震性能良好,可以在低烈度抗震设防区（6度和7度区）采用。另外,根据分析结果,建议墙体水平和竖向分布钢筋配筋率分别为0.15%和0.10%。     

高烈度地区框架-核心筒结构中美抗震设计方法对比

按照中美相关抗震设计规范分别对位于中国8度抗震设防区和美国典型高烈度区域（旧金山地区）的两栋层高与结构相似的钢筋混凝土框架 核心筒高层建筑结构进行了设计。介绍了抗震设计过程中根据中美相关抗震规范确定的地震作用参数与材料强度,比较了两国混凝土结构尤其是剪力墙结构抗震构造措施的异同。建立了两结构的空间弹性分析模型,采用振型分解反应谱法计算了两结构的弹性地震响应,比较了两结构自振周期、基底剪力、层剪力、结构层间变形、构件尺寸、配筋以及连梁受剪承载力等。计算结果表明：按照两国设计规范分别设计的结构,其设计地震作用水平相当;根据美国规范设计的结构连梁受剪承载力与中国规范设计方案相比偏低,约为中国规范设计方案的0.63~0.95倍;中美两国规范设计的剪力墙约束边缘构件的范围与配筋差异较大,中国规范设计方案剪力墙约束边缘构件内纵筋和箍筋集中在端部固定范围内,美国规范设计的箍筋约束范围大,对应端部固定范围的配筋比中国规范配筋量小。     

Seismic behavior of tall buildings using steel–concrete composite columns and shear walls

For the seismic design of tall building structures, the behavior under severe earthquakes should be carefully considered and the upper limit of inter‐story deformations are often defined by the design codes. To improve the performance of structures under severe earthquakes, composite structural members, including steel reinforced column and steel plate reinforced shear wall, are often adopted. In the present work, the seismic behavior of tall buildings using steel–concrete composite columns and shear walls is investigated numerically. Fiber beam–column element models and multilayer shell models are adopted to establish the finite element model of structure, and the material nonlinearities are described by the plasticity and damage models. The accuracy of the developed models is verified by the experimental results of a single shear wall. Systematic numerical simulations are performed for the tall building structures subjected to different earthquakes. The comparative study indicates that the nonlinear redistribution of internal forces plays a very important role for the performance of tall buildings under severe earthquakes.     

高烈度区低配筋多层剪力墙结构的抗震性能分析

为了研究高烈度区多层剪力墙结构采用比现行规范规定偏低构造配筋的抗震性能和工程应用可能性,针对4个不同平面布置形式的多层剪力墙结构,分别按我国规范设防烈度8度区（0.20g、0.30g）和9度区进行抗震设计,并在规范规定的基础上减少墙身构造钢筋量,形成低配筋多层剪力墙结构。采用Perform-3D程序对12个低配筋多层剪力墙结构模型进行了非线性动力反应分析。结果表明,在罕遇地震作用下,各结构模型的地震反应较小,进入非线性的程度不深,结构的损伤偏小,且更多损伤集中在连梁梁端,而不是在剪力墙墙身。将墙身分布钢筋配筋率与文中低配筋剪力墙相近或比其更低的低配筋剪力墙试件的试验结果与非线性动力分析结果对比后发现,低配筋剪力墙试件的极限位移角远大于非线性动力反应分析中获得的具有84%保证率的结构最大层间位移角需求值,且试件在达到这一层间位移需求值时的损伤非常小。因此,高烈度设防区（8度和9度区）低配筋多层剪力墙结构的抗震性能良好,经合理设计后可在高烈度区应用。     

最小地震剪力系数对隔震结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是隔震结构设计的关键控制因素之一。对等效周期为2~6s的单质点隔震体系在远场地震动（FF地震动）、近场含脉冲地震动（NFWP地震动）和近场不含脉冲地震动（NFWNP地震动）作用下的剪力系数分布特点进行分析,并将其与规程中有关最小地震剪力系数的相关规定进行对比,探寻在不同抗震设防烈度下,不能满足最小地震剪力系数的隔震结构的等效周期范围。以位于我国抗震设防烈度8度区的某隔震结构为例,采用三种不同的设计地震剪力取值方法,设计了6种不同的结构模型。通过模型的弹塑性时程分析,比较了地震动的近远场特性对各模型抗震性能的影响,及其在罕遇地震作用下的性能差异。分析结果表明：地震动的近远场特性对隔震结构的楼层设计剪力影响较大;对不满足最小地震剪力系数要求的隔震结构,采用放大设计地震剪力使其承载力满足最小地震剪力系数的方法,能够有效提高其抗震能力;不考虑最小地震剪力系数对结构设计地震剪力的限制,采用结构的实际地震剪力需求进行设计的隔震结构能够满足地震作用下的承载力和层间位移限值要求。     

A comparative case study on seismic design of tall RC frame‐core‐tube structures in China and USA

To evaluate the major differences between the Chinese and the United States (US) seismic design codes from a structural system viewpoint, a comparative case study is conducted on a tall frame‐core‐tube building, a typical type of reinforced concrete system widely constructed in both countries. The building, originally designed using the US seismic design code, is firstly redesigned according to the Chinese seismic design code based on the information provided by the Pacific Earthquake Engineering Research Center. Secondly, the member dimensions, the dynamic characteristics, the seismic design forces and the material consumptions of the two designs are compared in some detail. Subsequently, nonlinear finite element models of both designs are established to evaluate their seismic performances under different earthquake intensities. Results indicate that the seismic design forces determined by the Chinese response spectrum are larger than those determined by the US spectrum at the same seismic hazard level. In addition, the upper‐bound restriction for the inter‐story drift ratio is more rigorously specified by the Chinese code. These two aspects have led to a higher level of material consumption for a structure designed by the Chinese code. Despite of the above discussions, the two designs yield roughly similar structural performances under earthquakes. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

内嵌砖墙穿斗木结构振动台试验研究

为研究南方地区传统砖木结构民居的抗震性能,设计制作了一个1:2缩尺的内嵌砖墙穿斗木结构模型,通过振动台试验对模型结构的破坏形态、动力特性、加速度及位移响应进行了分析.结果表明:7度多遇地震时,木构架与内嵌砖墙连接良好,内嵌砖墙显著增加了木构架的抗侧刚度,结构位移反应显著减小,纵、横向最大位移角分别为1/1360和1/1...     

钢筋混凝土烟囱减震有限元分析

为降低大震下钢筋混凝土结构的刚度,以减轻结构物的地震灾害,采用在筒壁上开竖缝的方法,研究其对抗震性能的影响。对不同竖缝宽度、长度及不同数量的钢筋混凝土烟囱,用有限元法进行了对比分析,得出了些结论供工程参考。     

钢筋混凝土超高层建筑层间位移限值的探讨

高层建筑结构设计中层间位移值是一个重要的参数,但是对于超高层建筑目前还无规范可以遵循。本文通过对层间位移组成的分析,提出了设计建议值供大家讨论。     

近50年剪力墙结构震害及其对抗震设计的启示

简要回顾和分析了近50年国内外8次大地震中现浇钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能表现和典型震害特点;对日本神户某10层公寓2号楼和智利Torre Alto Rio公寓,利用推覆程序,分析对比按我国规范设计与原设计的结构抗震性能表现。在此基础上,提出剪力墙结构抗震设计的三点启示： 1） 规则的剪力墙结构具有良好的抗震性能,在强烈地震作用下结构和非结构构件的损坏较少; 2） 我国规范规定的剪力墙结构地震作用计算、构件承载力计算以及剪力墙结构的侧向刚度要求,均具有合适的安全度,规范中规定的结构规则性要求及剪力墙端部边缘构件的设计要求是必要的; 3） 对房屋高度超过规范规定的适用高度以及结构体型和布置复杂的剪力墙结构,建议采用规范规定的“性能设计”方法,对剪力墙结构的轴压比控制及约束边缘构件设置的要求宜进一步改进。     

Structural design of high‐rise buildings using steel‐framed modules: A case study in Hong Kong

Steel‐framed modular buildings afford certain advantages, such as rapid and high‐quality construction. However, although steel‐framed modules have been adopted in several countries, most of them are limited to low‐to‐medium‐rise structures; modular high‐rise buildings are rare. This study proposes a feasible structural design solution for high‐rise buildings using a steel‐framed modular system. A 31‐story student hostel building in Hong Kong is redesigned as a steel‐framed modular building and used as a case study. The finite element models of the building are formulated, and the structural behaviors under wind and earthquake load scenarios are compared. Moreover, the structural design process used for the 31‐story building is applied to design a hypothetical 40‐story modular building to further examine the proposed design solution. The numerical analysis results indicate that the roof lateral displacements and interstory drift ratios of the redesigned modular building are within the allowable limits of design codes; moreover, the modular connections behave elastically under the most adverse loading scenarios. Accordingly, the proposed solution can be used to design steel‐framed modular buildings of up to 40 stories, while complying with relevant wind and seismic codes.