阶梯墙框架结构抗震性能及设计方法研究

许卫晓

（中国地震局工程力学研究所，哈尔滨150080）

阶梯墙框架结构抗震性能及设计方法研究

许卫晓

（中国地震局工程力学研究所，哈尔滨150080）

钢筋混凝土框架结构（简称RC框架结构）在我国建筑类型中所占的比例很大，尤其在抗震设防地区，它更是成为承担重要社会职能的多层公共建筑的首选结构形式。传统意义上普遍认为，RC框架结构具有较好的抗震性能，但历次地震的震害却突出的显示RC框架结构出现了大量与设计预期不相符的震害特点，其中底层薄弱的层屈服机制是一个非常普遍的典型破坏和倒塌模式。这种破坏模式往往会导致上部各层的连续坍塌，危害极大，而且即使在地震中并未倒塌，震后也难以进行修复。本文旨在分析造成RC框架结构底层薄弱破坏模式产生的原因和破坏倒塌过程，并提出经济实用、构造简单、适合工程应用的改善措施。在此基础之上，对提出的改善措施的效果、抗震性能以及设计方法等问题进行全面系统的研究。主要工作如下：

（1）基于国内外历次地震的实际震害总结和理论分析得出的多层RC框架结构的变形损伤特点，提出了一种新的结构体系——阶梯墙框架结构体系，通过变刚度的阶梯墙使得结构在地震作用下各楼层具有近似的层间变形幅度，控制损伤不再集中于底层薄弱层，而是均匀分布于各楼层，最大限度地消耗地震能量。通过pushover分析和IDA分析，表明阶梯墙体系在结构的整体承载力储备和变形能力，冗余度和整体性，以及合理的屈服机制3个层面上均能对RC框架结构的抗地震倒塌能力起到很好的改善作用。

（2）为了实际检验阶梯墙体系对RC框架结构抗震能力的改善效果，并研究该种结构类型的抗震性能和破坏模式等问题，进行了一个缩尺比为1：5的纯框架结构和一个阶梯墙框架结构模型的振动台对比试验。详细分析了两种结构类型模型在设计小震、中震、大震以及更高强度的地震作用下的宏观破坏模式、动力特性、地震反应等问题。试验现象和进一步分析表明，阶梯墙体系能够有效控制结构的变形和损伤模式，实现结构各层变形的平均化，抑制底层薄弱的层屈服机制的出现。

（3）为研究RC框架结构在地震作用下会何时，因为何种原因，以何种方式发生倒塌，进行了RC框架结构模型的振动台倒塌试验，对RC框架结构典型地震倒塌模式进行了试验再

现，详细分析了其倒塌原因、倒塌临界点、倒塌过程和倒塌机理等问题。

（4）提出了基于静力弹塑性分析的阶梯墙设计方法。该方法在设计过程中，可以考虑结构的非线性性能，并能设定目标变形要求，更符合基于性能的抗震设计思想。此外，基于阶梯墙框架结构体系的破坏特点，对关键部位提出了具体的构造要求。最后给出一个实际阶梯墙框架结构的抗震设计实例，并对其进行了抗震性能评估。

关键词RC框架结构；阶梯墙；抗震性能；振动台试验；设计方法

（作者电子信箱，许卫晓：wxgodspeed@163.com）

中图分类号：TU375.4；

文献标识码：A；doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.05.009