鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)基于位移抗震設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土框架－核心筒結(jié)構(gòu)基于位移抗震設(shè)計(jì)摘要:本文研究了規(guī)則鋼筋混凝土（RC）框架－核心筒結(jié)構(gòu)基于位移抗震設(shè)計(jì)方法的幾個(gè)關(guān)鍵問題，給出了RC框架－核心筒結(jié)構(gòu)基于位移抗震設(shè)計(jì)的基本步驟。通過算例說明了設(shè)計(jì)的基本過程，并通過靜力彈塑性分析驗(yàn)證了本文方法的可行性。關(guān)鍵詞:RC框架－核心筒結(jié)構(gòu)；基于位移抗震設(shè)計(jì)；目標(biāo)位移；變形解構(gòu)；變形能力Displacement-basedSeismicDesignofRCFrame-CoreWallStructuresAbstract:Somekeyproblemsindisplacement-basedseismicdesign(DBSD)ofRCframe–corewallstructuresarediscussed,andbasicstepsofdisplacement-baseddesignofRCframe–corewallstructuresareproposed.TheDBSDmethodproposedinthispaperisillustratedbyacasestudyandverifiedbypushoveranalysis.Keywords:RCframe-corewallstructures;displacement-basedseismicdesign;targetdisplacement;deformationdecomposition;displacementcapacity1．前言目前，各國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范中采用的方法多是基于承載力的設(shè)計(jì)輔以層間位移驗(yàn)算。自上世紀(jì)九十年代BerteroR和BerteroVV[1]明確提出基于性能/位移抗震設(shè)計(jì)方法以來，這種新的方法受到了研究者和工程師越來越多的關(guān)注?；谖灰瓶拐鹪O(shè)計(jì)是指在不同等級(jí)地震作用下，以結(jié)構(gòu)的位移為目標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)及構(gòu)件設(shè)計(jì)，使其滿足預(yù)定的性能要求。本文介紹了RC框架－核心筒結(jié)構(gòu)基于位移抗震設(shè)計(jì)的基本思路，研究了其中幾個(gè)關(guān)鍵問題的解決方法，在此基礎(chǔ)上，提出了RC框架－核心筒結(jié)構(gòu)基于位移抗震設(shè)計(jì)方法和基本步驟。最后通過算例說明了規(guī)則RC框架－核心筒體的設(shè)計(jì)過程，并利用靜力彈塑性分析進(jìn)行了驗(yàn)證。2．RC框架－核心筒結(jié)構(gòu)基于位移的抗震方法建筑結(jié)構(gòu)基于位移抗震設(shè)計(jì)的基本思路為：首先根據(jù)地震等級(jí)、結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)布置等確定目標(biāo)位移，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)整體位移要求得到為構(gòu)件的目標(biāo)位移角，最后對(duì)構(gòu)件進(jìn)行變形能力設(shè)計(jì)，使其滿足給定的變形要求。下面分別介紹這幾個(gè)關(guān)鍵問題的解決方法。2.1目標(biāo)位移的確定方法目標(biāo)位移，即結(jié)構(gòu)的位移要求，是指結(jié)構(gòu)在一定強(qiáng)度等級(jí)的地震作用下，給定的結(jié)構(gòu)性能水平和破損程度所對(duì)應(yīng)的最大位移。目前確定結(jié)構(gòu)目標(biāo)位移的方法主要有能力譜法[2]、位移譜法[3]等。本文提出根據(jù)層間位移角限值和側(cè)移模式確定結(jié)構(gòu)目標(biāo)位移的方法。層間位移角與結(jié)構(gòu)的性能水平密切相關(guān)，A.Ghobarah[4]等定量的研究了各種RC結(jié)構(gòu)的破損程度與層間位移角的關(guān)系，SEAOC[5]也給出了RC結(jié)構(gòu)在不同等級(jí)地震作用下的層間位移角限值。這樣，利用層間位移角和側(cè)移模式，可以直接根據(jù)結(jié)構(gòu)的性能水平確定目標(biāo)位移。圖1為RC框架－核心筒結(jié)構(gòu)的典型傾覆彎矩示意圖。其中陰影部分為剪力墻承擔(dān)的傾覆彎矩，空白部分為框架所承擔(dān)的傾覆彎矩。為結(jié)構(gòu)的總高度，為剪力墻的反彎點(diǎn)高度，稱為等效高度。圖1RC框架－核心筒傾覆彎矩Fig1.OverturningmomentofRCframe-corewall等效高度以下的剪力墻傾覆彎矩分布接近直線，可以用直線來近似，而等效高度以上的剪力墻傾覆彎矩很小，可以近似的取為0。這樣，RC框架核心筒體結(jié)構(gòu)的彈性側(cè)移模式為(1)吐式中，消為第頂層的側(cè)移濫，適為第桶層的高度凡，躁為筒體底仙截面的曲然率。哄筒體屈服舍后，在墻扔底部出現(xiàn)堵集中塑性調(diào)鉸，筒體嫁繞塑性鉸克發(fā)生塑性繳轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)敲筒體的塑舍性轉(zhuǎn)角為枯時(shí)，剪力蒙墻的側(cè)移唐為(2)挖式中，爺為筒體截駐面的屈服護(hù)曲率，幟等效塑性消鉸長(zhǎng)度。惡根據(jù)結(jié)構(gòu)職在給定等汗級(jí)地震作查用下可接樹受的層間勇位移角鏟，可以得褲到結(jié)構(gòu)的違目標(biāo)位移鳥為(3)應(yīng)2.2熔特框架的變誘形解構(gòu)規(guī)黨則倍通過變形甲解構(gòu)規(guī)則卻，得到對(duì)痕應(yīng)于結(jié)構(gòu)設(shè)整體位移拴要求的構(gòu)查件目標(biāo)位有移角。對(duì)古框架，可攔以用框架宮節(jié)的側(cè)移景來表示每冒層的層間需位移。如漠圖因2景，框架節(jié)端的側(cè)移由院梁、柱和暗核心區(qū)的貓變形產(chǎn)生巴，其中梁映、柱和核兼心區(qū)的剪廁切變形較借小，可以挑忽略，而羽核心區(qū)的源塑性變形功主要為縱約筋的拔出雜，可以歸極入梁、柱蠢的塑性變筐形，這樣貞，框架節(jié)死的側(cè)移可酷以表示為(4)丈或僚(批5肌)(6)錄式中，氧、刷和干分別為框渠架節(jié)的屈塔服層間位嚷移角、塑嗓性層間位臟移角和極春限層間位養(yǎng)移角；騰分別為框吳架梁、柱糟的彈性層吉間位移角奇；乳分別為框庸架梁、柱堡的屈服位恨移角；寫分別為框片架節(jié)達(dá)到遍極限層間富位移角時(shí)弓梁、柱的味屈服后層策間位移角斯。鮮圖航2賓綁框架節(jié)的型側(cè)移與構(gòu)京件變形場(chǎng)Fig訴2.葬Rela料tion猜ship慌bet豆ween秧dis登plac辦emen銜tof責(zé)suba炮ssem孝bly信and影def戀orma群tion竊of林elem天ents估定義梁、閃柱線剛度銅比倘，則由節(jié)材點(diǎn)區(qū)彎矩宜平衡條件之可以得到乘框架彈性分變形解構(gòu)惹規(guī)則。外憐隨(7-布1)腰霞聾(7-流2)豪當(dāng)框架梁泛、柱屈服曠時(shí)，框架鑄節(jié)屈服。其這里以框辭架梁先于誓框架柱屈略服為例，賀介紹框架汗的彈塑性耀變形解構(gòu)哲規(guī)則。首察先假設(shè)框井架柱在極帶限狀態(tài)時(shí)背不屈服，寬那么梁、權(quán)柱的位移雖角分別為船折(8-腥1)逃(8錘-2)終此時(shí)，柱束的位移角窗滿足石。如翅，說明柱致已經(jīng)屈紗服耍,全詞框架節(jié)的逮塑性側(cè)移清由梁、柱夾的塑性變獲形共同產(chǎn)餅生。當(dāng)框經(jīng)架節(jié)處于張極限狀態(tài)燒時(shí)，梁、尺柱的位移姑角分別為態(tài)(飼9-1喬)缺(姓9-2宅)陶2.3甩趁筒體的變牧形解構(gòu)規(guī)摸則猾可以近似愚的認(rèn)為筒柿體墻肢的崇轉(zhuǎn)角等于日該層的層叔間位移，某這樣筒體鋼變形規(guī)則佩的研究重集點(diǎn)就是如雨何確定墻蘿肢與連梁歉的關(guān)系。喪如份圖核3傳所示，墻熟肢轉(zhuǎn)角為衫，連梁兩峰端的轉(zhuǎn)角嘩分別為畢和疼，近似的使取飽，則墻肢什轉(zhuǎn)角與連先梁轉(zhuǎn)角之男間的關(guān)系敢為：佳拒(10窄)含圖紙3磁室墻肢變形田與連梁變益形喚Fig守3.D姑efor族mati就ons密ofp輛ier紹and折span買drel摘對(duì)一般剪掩力墻而言小，帽與跌相差不大妥，詞，所以，畝剪力墻轉(zhuǎn)承角和連梁預(yù)轉(zhuǎn)角之間榴的關(guān)系可肝以近似的余取為街青堪(11)反2.4布R擔(dān)C乏構(gòu)件變形備能力設(shè)計(jì)呈利用集中藝塑性鉸模綁型，建立孕了議R黃C奏構(gòu)件的位辣移模型，肢確定了構(gòu)調(diào)件極限位陳移角的影音響因素。你通過試驗(yàn)勝數(shù)據(jù)回歸扣分析，得刪到棉了稈R趣C洋構(gòu)件極限漁位移角的嬌計(jì)算式。賄在此基礎(chǔ)搖上，提出施了賄R積C倦構(gòu)件基于痕不同位移陷要求的具受有揚(yáng)1鋼倍方差的課配箍特征犬值計(jì)算式呈。瘋剪跨比大吉于搜2沉，彎曲破聰壞主的搞R龍C嬸柱的變形優(yōu)能力主要心與配箍特優(yōu)征值、軸刻壓比和剪安跨比有關(guān)莊。通過回活歸分析，徒得到位移廉角要求為層時(shí)，所需守的配箍特串征值為熟(12淺-1)順式中，蜻為配箍特汗征值，蛙為軸壓比溝，移為剪跨比循。饞剪跨比大延于栗2耽，彎曲破蓬壞途的勉R足C帖梁的變形楚能力主要拔與配箍特凳征值、相率對(duì)受壓區(qū)傷高度和剪星跨比有關(guān)料。通過回妻歸分析，倆得到位移紐角要求為惡時(shí)，所需診的配箍特淚征值為塞(12廚-2)蝦式中，殼為相對(duì)受謝壓區(qū)高度銜。漏剪跨比大宴于紀(jì)1.都5恩，彎曲破突壞戲的冰R互C芝剪力墻的啞變形能力胡主要與配脈箍特征值壺、相對(duì)受擠壓區(qū)高度壺和剪跨比頸有關(guān)。通慣過回歸分濱析，得到坐位移角要翼求為痕時(shí)，所需柜的配箍特交征值為茄(1鉗2-3)稻普通連梁風(fēng)的變形能醋力主要與丈跨高比、猾配筋率、社配箍特征殺值等有關(guān)擴(kuò)。通過回浩歸分析，唇得到位移絹角要求為勉時(shí)，所需獲的配箍特構(gòu)征值為鈔(12造-4)遲式中，姿，其中脖為縱筋配謊筋率，票為縱筋屈掠服強(qiáng)度，而為混凝土古抗壓強(qiáng)度忘，次為跨高比豪。創(chuàng)3耗．辣R貪C晴框架－核娛心筒結(jié)構(gòu)嘴基于位移塞抗震設(shè)計(jì)俱的步驟涉R防C濃框架－核燙心筒解構(gòu)罵基于位移刪抗震設(shè)計(jì)生主要有以蹦下四個(gè)步框驟，初步則設(shè)計(jì)、確塊定目標(biāo)位犬移、確定際構(gòu)件目標(biāo)亦位移角和汽變形能力膚設(shè)計(jì)。這鍬四個(gè)步驟搖分別按以濾下過程來吩進(jìn)行：節(jié)（蔬1禍）初步設(shè)錦計(jì)夜收集設(shè)計(jì)膽基本資料絮（場(chǎng)地資掀料、荷載易條件等）勢(shì)，并采互用麗“挎概念設(shè)府計(jì)對(duì)”栽的方法確扶定結(jié)構(gòu)體回系、構(gòu)件頂平、立面伴布置、粗律估構(gòu)件尺虎寸等。袋（刮2?。┐_定目脖標(biāo)位移潤(rùn)根據(jù)設(shè)計(jì)堡性能目標(biāo)肉，確定結(jié)搞構(gòu)在各等無級(jí)地震作錫用下的性埋能水平要棕求。由性蕉能水平，復(fù)確定水平?jīng)]位移角限截值，通過庸側(cè)移模式疏，得到結(jié)列構(gòu)的目標(biāo)設(shè)位移和各雪層的目標(biāo)牌層間位移爹角。堅(jiān)（緣3除）確定構(gòu)污件的目標(biāo)貝位移角帽計(jì)算梁柱棕線剛度比恢，按照框號(hào)架的變形斷解構(gòu)規(guī)則則，由層間炭位移角要舍求得到梁假、柱的目石標(biāo)位移角蹤。根據(jù)筒倍體的變形拼解構(gòu)規(guī)則路，由層間戀位移角要雪求得到連挖梁的目標(biāo)犬位移角。骨筒體的目早標(biāo)位移角齒即為解構(gòu)搏等效高度層處的位移乓角。隙（璃4縣）構(gòu)件變浙形能力設(shè)猾計(jì)鴉計(jì)算各構(gòu)喘件的軸壓趁比、剪跨乳比、相對(duì)翻受壓區(qū)高慌度等相關(guān)內(nèi)參數(shù)，根欄據(jù)目標(biāo)位熟移角，計(jì)滅算得到所澆需的配箍茄特征值。漫4兄．算例和追驗(yàn)證分析到如壘圖卵4勤所示的規(guī)嫩則拘R房C局框架－核塘心筒結(jié)構(gòu)陪，糞1驗(yàn)8聚層，層高行均氏為宗3.5串m跑。隔按榮“蓮強(qiáng)柱弱卵梁到”第設(shè)計(jì)框架躁。根據(jù)結(jié)夠構(gòu)類型和豆性能水平裳要求，確傷定罕遇地品震下層間喘位移角限立值垂為眠1/15母0助，由式香（送3丹）得到結(jié)饒構(gòu)的目標(biāo)倒位移伏為記0.35閘m虛，罕遇地浮震下各層腐的層間位淹移角要求迅見束表?yè)Q1下。龍圖印4羽溉框架－核敏心筒平面灘圖狀Fig吧4.P被lan向view耽of渡RCf勻rame擦-cor悟ewa級(jí)lls膽truc刪ture誓由式律(幕11徒)芝，得到連龜梁的目標(biāo)基位移角，掠見櫻表那2業(yè)。累由式悄(欺8棗)朱，得到梁桌、柱的目久標(biāo)位移角盜。難表賺3輩列出了邊挺榀框架梁軌的目標(biāo)位惠移角。銜表王1息強(qiáng)目標(biāo)層間鄉(xiāng)位移角北層號(hào)溉層號(hào)雄層號(hào)腐1管1/47耗3縫7務(wù)1/16氏7之13糊1/15麥0按2糕1/33踐3素8扯1/15朽6斷14桐1/15及0暑3嘆1/26榨4恭9逆1/15鼠3瀉15久1/15著0下4蹈1/22夫2交10楚1/15舍2今16呈1/15瘦0播5疏1/19貴7繼11證1/15帖0催17皂1/15橡0意6悠1/17旺9幸12步1/15牧0樂18酸1/15冶0陣表荷2菌浸連梁目標(biāo)吼位移角常層號(hào)具層號(hào)桑層號(hào)放1綱1/15促8付7凡1/56州13糖1/50谷2式1/11房1疫8那1/53薪14晴1/50洗3商1/89對(duì)9姻1/51敞15菜1/50端4身1/66蝕10貧1/50牢16桑1/50涂5深1/66由11冬1/50翠17賣1/50恭6泰1/60誦12雕1/50洲18配1/50珠表區(qū)3抓廢框架梁目凱標(biāo)位移角虎層號(hào)必中梁障邊梁掀層號(hào)隔中梁聯(lián)邊梁溫1果1/52差1啦1/49損7固10敗1/16后0容1/16墻0剪2戴1/36夸8遇1/35鍬1莖11李1/16洪0揀1/16米0色3透1/29莊6圍1/29沾6姻12類1/16好0教1/16歡0棉4宜1/24吧6費(fèi)1/24族6趨13葉1/16頂0盒1/16什0膏5織1/21恥5禽1/21榜5怖14敵1/16蹲0飛1/16輝0熱6侮1/19弱4晃1/19總4漲15撤1/16靜0則1/16撥0伍7價(jià)1/18效0跟1/18卻0矩16噸1/16悠0尤1/16侄0夕8訪1/17草0肺1/17要0慮17票1/16混0湖1/16桐0繞9痕1/16栗4訓(xùn)1/16米4遼18像1/16寇0廉1/16列0衫根據(jù)構(gòu)件庸的目標(biāo)位擴(kuò)移角，由浴式浸（駕1濱2嘉）計(jì)算得但到所需的室配箍特征瘋值，見視表頓4提和走表嘗5平。待表孟4冤贊連梁配箍災(zāi)特征值藍(lán)層號(hào)偵層號(hào)寇層號(hào)像1窮0.01素9宜7升0.10壽8范13梁0.12械4勵(lì)2口0.03綢9場(chǎng)8氣0.11思5尖14摧0.12才4壇3復(fù)0.05凱7礎(chǔ)9殿0.12振1籃15款0.12母4望4記0.08糞7螞10脊0.12傘4戚16廉0.12附4斥5恒0.08決7悔11夾0.12嗚4筐17燕0.12肯4慶6留0.09激8銀12而0.12漁4激18勺0.12烤4用表利5帳達(dá)框架梁配哭箍特征值私層號(hào)診層號(hào)躁層號(hào)脹1項(xiàng)-付7顧0.00條4樓13隆0.00疾9套2刮-限8早0.00名6風(fēng)14侄0.00舒9孩3加-昌9孝0.00敬8端15夸0.00跑9在4藝-叼10貸0.00器9聞16赴0.00愛9千5慈-懸11甚0.00斷9膚17島0.00漲9負(fù)6欣0.00原1銳12柏0.00嬌9捕18紡0.00梢9喪對(duì)模型進(jìn)將行靜力彈舊塑性分析雷，得到模趕型在罕遇邁地震下位忠移角堅(jiān)為寧1/22撒5威，最大層柄間位移角見為三1/16釋7御，滿足預(yù)永定要求。嶺連梁與框阻架梁位移信角與本文完方法得到幻的目標(biāo)位巾移角的比芒較見掩圖施5挑。其中淺距藍(lán)色為本柱文方法的送目標(biāo)位移限角，深紅噸色為計(jì)算壘位移角。補(bǔ)a)黎拘邊梁偏b挺)貧湖中梁培圖克5波鈴目標(biāo)位移趙角與計(jì)算厭位移角的技比較橡Fig附5.C轉(zhuǎn)ompa搶riso建nof咽tar棚get閃drif丑tra利tio線and表comp香uted邁dri吉ftr殺atio5．結(jié)論虎本文研究狹了藍(lán)R近C史框架－核叫心筒結(jié)構(gòu)騎基于位移佩抗震設(shè)計(jì)線的幾個(gè)基習(xí)本問題，許給出姻了歇R派C填框架－核義心筒結(jié)構(gòu)謹(jǐn)基于位移確抗震設(shè)計(jì)主的基本步迫驟。通過鴿一個(gè)規(guī)則洪模型說明億了設(shè)計(jì)過恨程，進(jìn)行顏了靜力彈船塑性分析牲，對(duì)設(shè)計(jì)氏結(jié)果進(jìn)行等了驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)房Bert法ero挨R,B揪erte民roV筍V.逮Perf釋orma鉗nce-艇base嫌dea統(tǒng)rthq游uake牧res秘ista良ntd念esig盒nba鑼sed脖onc網(wǎng)ompr緒ehen齊sive侮phi域loso虛phy效and法ener泛gyc毒once音pts汪[P]傳.Pr案ocee祝ding趣sof敲11失th先Wor鴉ldC其onfe滴renc超eon鉛Ear出thqu頌ake償Engi食neer愿ing.絨Els胸evie衣rSc障ienc侄eLt把d,1躺996摟ATC.裳FEM璃A44唇0,I元mpro煙veme面nto糞fno盛nlin征ear逐stat就ics劉eism苗ica疾naly匙sis駕proc校edur哨es[惑M].山Wash參ingt秤on,撐D.C.衛(wèi):Ap碎pli