鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估研究

陳海霞，李 凱，洪學(xué)娣（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299）

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鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估研究

陳海霞，李 凱，洪學(xué)娣
（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299）

摘 要：為了有效的評(píng)估框架結(jié)構(gòu)抵擋地震作用能力，結(jié)合我國現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，從構(gòu)件的實(shí)際尺寸和配筋入手，利用ETABS軟件，借鑒結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性，分析建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。通過此方法不僅能夠定量評(píng)估建筑物的抗震能力，還能找到抗震能力不足的部位，為后續(xù)的加固提供了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)度；延性；抗震能力評(píng)估

0 引言

目前，我國處于地震活躍期，建筑物在地震作用下會(huì)產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，例如2008年的汶川地震。為了避免地震造成的嚴(yán)重后果，國內(nèi)抗震設(shè)計(jì)條文進(jìn)行了多次的修訂，2011年1月也開始執(zhí)行最新的《抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］。盡管如此，在地震發(fā)生時(shí)，已建成的建筑物中，還有大量的因抗震能力的不足而發(fā)生的災(zāi)害。因此科學(xué)的評(píng)估建筑物的抗震能力，并依據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸田@得尤為重要。

1 結(jié)構(gòu)抗震能力評(píng)估分析

抗震能力指在地震作用下，造成建筑物破壞時(shí)的地面加速度。在地震作用下，建筑物以延性、強(qiáng)度來抵抗地震。小地震時(shí)建筑物依靠自身延性抵抗地震；中震時(shí)，各構(gòu)件中鋼筋承受的地震作用力增加，混凝土出現(xiàn)了明顯裂縫；強(qiáng)烈地震時(shí)，各構(gòu)件的鋼筋屈服，再利用其延性繼續(xù)抵抗地震，當(dāng)延性用盡時(shí)，建筑物就會(huì)破壞，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的地面加速度即為抗震能力A。

進(jìn)行抗震能力評(píng)估時(shí)，根據(jù)建筑物實(shí)際的尺寸及配筋，計(jì)算出各桿件的強(qiáng)度及延性。在建筑物上施加地震作用（7度、0.1g），采用ETABS進(jìn)行建筑物彈性靜力分析，計(jì)算建筑物各桿件的內(nèi)力。得到梁、柱桿件的內(nèi)力值后，判斷破壞模式，求的各上下節(jié)點(diǎn)柱斷面的剪力，得到第i層上半層和下半層的地震作用放大系數(shù)αy，由此得到半層構(gòu)件屈服時(shí)的地表加速度Ay，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)延性容量R，容許延性容量Ra，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的地震折減系數(shù)Fu，最后得到抗震能力A。

2 結(jié)構(gòu)抗震能力計(jì)算

結(jié)構(gòu)抗震能力計(jì)算如下：

1）根據(jù)梁、柱構(gòu)件的實(shí)際尺寸和配筋，計(jì)算其強(qiáng)度和延性。

2）用ETABS軟件在地震加速度為0.1g時(shí)，進(jìn)行梁、柱桿件內(nèi)力分析。將建筑物各半層視為一個(gè)自由體，由梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞判斷，柱先破壞還是梁先破壞，進(jìn)一步求出剪力及對(duì)應(yīng)的延性比［3］。

在求解延性比時(shí)先對(duì)梁柱破壞形式判別。

定義梁破壞時(shí)由地震造成的彎矩和0.1g地震作用下造成彎矩的比值為B，

定義柱破壞時(shí)由地震造成的彎矩和0.1g地震作用下造成彎矩的比值為C，

然后進(jìn)行延性比及剪力計(jì)算

當(dāng)B大于C時(shí)為弱柱強(qiáng)梁，當(dāng)B小于C時(shí)為強(qiáng)柱弱梁。當(dāng)為弱柱強(qiáng)梁時(shí)，延性比為柱的延性比，剪力按照柱的剪力計(jì)算。當(dāng)為強(qiáng)柱弱梁時(shí)，取左、右梁的延性比來加權(quán)計(jì)算，公式如下:

3）計(jì)算各半層的屈服地面加速度

4）根據(jù)各半層的綜合延性比，求的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的地震折減系數(shù)FU，乘以第三步屈服地面加速度，得到各半層的抗震能力［5］。

結(jié)構(gòu)地震力的折減系數(shù)為結(jié)構(gòu)屈服后地震加速度提高的倍數(shù)。FU計(jì)算公式如下：

注：Ra為容許延性容量，Tg為特征周期（單位s），T為建筑結(jié)構(gòu)的周期 （單位s）［6］。

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

本工程為某縣農(nóng)民工培訓(xùn)示范基地綜合樓，地下1層，地上6層。該建筑抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場地類別為Ⅱ類。結(jié)構(gòu)平面布置圖如圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)平面布置圖

3.2 建立模型

用ETABS軟件建立模型，由于此建筑第一層為地下室，因此，在第一層頂節(jié)點(diǎn)處施加x、y方向的約束進(jìn)行分析，框架結(jié)構(gòu)X向（縱向）、Y向（橫向）的自振周期為TXe=1.7052s，TYe=2.4258s，該建筑物高23.7m、長76.2m、寬19.8m，該建筑物自振周期為3.648s，評(píng)估所有的周期取兩者最小值，故TXe=1.7052s，TYe=2.4258s［6］。

3.3 編寫數(shù)據(jù)文件

建筑物的主要材料如下：

1）混凝土強(qiáng)度

框架柱：地下一層為C35，一層至四層為C30，四層至頂層為C25，A-C軸地下一層至一層為C25；框架梁：地下一層至四層為C30，四層至頂層為C25，A-C軸地下一層至一層為C25。

2） 鋼筋強(qiáng)度

鋼筋采用HPB300級(jí)鋼（fy=270MPa），HRB335級(jí)（fy=300MPa），HRB400級(jí)（fy=360MPa）。

在使用ETABS軟件進(jìn)行分析前，還編寫了框架內(nèi)力信息文件即ETABS_FRAME.txt，X方向框架信息文件即NNGBKSDLEVX.txt，Y方向框架信息文件NNGBKSDLEVY.txt［7］。

3.4 對(duì)各樓層抗震能力進(jìn)行評(píng)估

對(duì)此建筑X向（縱向）、Y向（橫向）各半層能抵抗的最大地震加速度及相對(duì)應(yīng)得延性容量見表1、表2［8］。

表1 X向抗震能力評(píng)估

表2 Y向抗震能力評(píng)估

由上表知各樓層的抗震評(píng)價(jià)結(jié)果x方向第一層（地下室）的底部，Ac=0.88325g，崩塌由第一層底部控制，Y向第一層（地下室）的底部，Ac=0.62580g，崩塌由第一層底部控制。故此建筑的抗震能力為這兩者的最小值0.62580g。

4 結(jié)論

依據(jù)此評(píng)估程序中，粱、柱、框架節(jié)點(diǎn)的破壞信息看出，建筑物的框架梁基本都是適筋粱，大部分都是彎矩屈服后的剪力破壞，滿足強(qiáng)剪弱彎的原則，延性較好，對(duì)于框架節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件來說，大部分都是構(gòu)件先屈服破壞。滿足強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的原則，延性較好。對(duì)于框架柱單元，建筑物柱承受的軸力相對(duì)于彎矩較小，基本上都是大偏心柱，從破壞形式看，基本上都是屈服后剪力破壞，延性較好。

從整個(gè)建筑來看，各樓層的粱、柱的截面尺寸、配筋變化不很大，本文的抗震能力評(píng)估是從截面的實(shí)際配筋入手，依據(jù)實(shí)際配筋計(jì)算各樓層的強(qiáng)度和延性，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)建筑結(jié)構(gòu)先用強(qiáng)度進(jìn)行抵抗，當(dāng)?shù)孛婕铀俣仍龃髸r(shí)再用延性進(jìn)行抵抗，當(dāng)延性用盡時(shí)建筑結(jié)構(gòu)破壞，從分析來看建筑結(jié)構(gòu)從頂至底剪力、彎矩逐漸增大，抗震能力逐漸減少。

對(duì)此建筑抗震評(píng)估表明，該方法不僅能夠定量評(píng)估建筑物的抗震能力，還能找到抗震能力不足的部位為后續(xù)的加固提供了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TU375

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1674-943X（2016）02-0007-03

收稿日期：2016- 04- 12

作者簡介：陳海霞（1979- ），女，山西陽泉人，碩士，講師，主研方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)工程。

Evaluation of Earthquake-Resistant Capability of Reinforced Concrete Frame Structure

CHEN Haixia， LI Kai， HONG Xuedi
（Tangshan Polytechnic College， Tangshan 063299， China）

Abstract：In order to effectively evaluate frame structure ability to withstand earthquakes， in this paper， based on the current seismic design code and the size of the building and actual reinforcement， we use ETABS program software analysis strength and toughness of buildings to come to the conclusion of earthquake-resistant capability.Through this method not only can quantitatively evaluate the structure of the seismic capacity， but also can find the parts for the subsequent seismic ability to reinforcement.

Key words:strength； toughness； seismic capability assessment