巨型框架结构抗震设计方法的探讨与研究

文/尤培华、李二航、王晓庆 中国核电工程有限公司郑州分公司 河南郑州 450052

巨型框架结构抗震设计方法的探讨与研究

文/尤培华、李二航、王晓庆 中国核电工程有限公司郑州分公司 河南郑州 450052

结合现行规范以及三水准设防、三阶段设计法，对设计基本地震加速度为0.15g地区结构按主框架提高一度或者半度进行巨型框架结构设计。采用大型结构分析软件SAP2000对结构进行弹塑性地震反应分析与评价,以得出合理的设计参数。

巨型框架；抗震设计

巨型结构体系是指在一座建筑中，由几个大型结构单元所组成的主结构与其它结构单元组成的次结构共同工作，从而获得更大稳定性和更高效能的高层建筑结构。目前，国内外对巨型框架结构体系的研究尚处于起步阶段，因此，开展巨型框架结构体系的研究，有其重要的理论价值和实际意义[1，2]。

1、巨型框架结构设计算例

本文对现行规范所规定的设计基本地震加速度为0.15g的烈度区(下称7度半区)框架进行结构设计和弹塑性时程分析。算例是主框架三层，次框架九层，主框架每层37.4m，跨度21.6m，次框架每层3.6m，跨度7.2m，巨型梁与次框架之间有一大开间层，层高5m。建筑类别为乙类建筑，场地为Ⅱ类场地，设计地震分组为第一组。主框架混凝土C40，次框架混凝土C30。

2、结构弹塑性地震反应结果及对比分析

2. 1 设防烈度地震作用下结构反应结果的对比分析

2. 1. 1 顶点侧移、层间位移角

在4条地震波(峰值加速度为0.15g)输入下，结构的位移反应如下：

(1)框架按8度半和8度设计时,各地震波输入下结构的位移反应差别很小；(2)主框架按8度半设计时,结构在唐山波输入下的反应最大:顶点侧移为0.25081m ,为结构总高的1/447；层间位移角达到1/329；主框架按8度设计时,结构仍在唐山波输入下的反应最大:顶点侧移为0.20885m；层间位移角为1/331。

2.1. 2 塑性铰出铰情况

图1给出了结构在这4条地震波(峰值加速度为0.15g) 输入下整个时程中的最大塑性铰分布图。从图1中可以看出(图中左为按8度设计，右为按8度半设计) :主框架按8度半设计，在设防地震作用下，主框架柱没有出铰，主框架梁出现的也只是开裂铰，主框架按8度设计时，在唐山波输入下巨型柱有出铰现象，巨型梁出铰也较严重；次框架出铰的数量基本上相同。

图1 设防地震输入下结构整个时程中的塑性铰分布

2.2 罕遇地震作用下结构反应结果的对比分析

2.2.1 顶点侧移、层间位移角的对比分析

在4条地震波(峰值加速度为0.316g) 输入下，结构的位移反应如下：

(1)主框架按8度半设计时,结构在唐山波输入下的反应最大:顶点侧移为0.31842m ,为结构总高的1/352；层间位移角达到1/215；主框架按8度设计时,结构仍在唐山波输入下的反应最大:顶点侧移为0.35266m,为结构总高的1/318；层间位移角达到1/206；

2.2.2 塑性铰出铰情况

在上述4条地震波(峰值加速度为0.316g)输入下，结构在整个时程中的最大塑性铰分布如图2所示（图2中左为按8度设计，右为按8度半设计）。

(1) 主框架按8度半和8度设计时，次框架梁端塑性铰发育充分，第1、2大层柱端塑性铰出现较多，位于巨型梁上次框架柱底几乎全部出铰。主框架按8度设计时，在唐山波作用下，底层右边巨型柱上下两端均出铰，左柱下端出现塑性铰，出现了层侧移机构的趋势。

(2) 第1、2大层几乎所有的次框架柱端都出现了塑性铰, 第3大层次框架柱端在Elcentro波、taft波、唐山波输入下均出现铰，在兰州波输入下没有出现铰，位于巨型梁上的次框架底层柱底在4条地震波输入下几乎都出铰。

结论

综上所述，可以有如下初步结论。

图2 罕遇地震作用下结构整个时程中的塑性铰分布

(1) 对于7度半设防区钢筋混凝土巨型框架结构，主框架按8度半和8度设计时，在设防地震和罕遇地震作用下位移反应相差不大；在设防地震作用下，主框架提高半度设计时，巨型梁柱有出铰现象；主框架提高半度比提高1度设计在罕遇地震作用下，主次结构出铰的数量偏多，塑性铰转动前者比后者偏大，框架按8度设计时形成了层侧移机构的趋势。所以，对于7度半区钢筋混凝土巨型框架结构，主结构亦提高1度设计，即按8度半设计。

(2) 由主框架的出铰情况表明，在罕遇地震作用下，虽然对薄弱层巨型柱做了相应的加强，但是，仍然不能保证巨型梁先于巨型柱屈服，二者时间基本接近。为了保证主框架的强柱弱梁，保证巨型梁先于巨型柱屈服，使巨型柱在罕遇地震作用下仅在大层柱底出铰，防止结构在大震下倒塌，设计时，应该对巨型柱再采取进一步的加强措施。

[1]盛朝晖，陈淮.巨型框架结构的抗震分析[J].工业建筑,2006年第36卷.

[2]蓝宗建，杨东升，张敏.钢筋混凝土巨型框架结构弹性地震反应分析[J].东南大学学报,2002,32(5).