钢筋混凝土框架结构抗震能力评估研究

陈海霞，李 凯，洪学娣（唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299）



钢筋混凝土框架结构抗震能力评估研究

陈海霞，李 凯，洪学娣
（唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299）

摘 要：为了有效的评估框架结构抵挡地震作用能力，结合我国现行抗震设计规范，从构件的实际尺寸和配筋入手，利用ETABS软件，借鉴结构的强度和延性，分析建筑结构的抗震能力。通过此方法不仅能够定量评估建筑物的抗震能力，还能找到抗震能力不足的部位，为后续的加固提供了基础。

关键词：强度；延性；抗震能力评估

0 引言

目前，我国处于地震活跃期，建筑物在地震作用下会产生巨大的经济损失和人员伤亡，例如2008年的汶川地震。为了避免地震造成的严重后果，国内抗震设计条文进行了多次的修订，2011年1月也开始执行最新的《抗震结构设计规范》［1］。尽管如此，在地震发生时，已建成的建筑物中，还有大量的因抗震能力的不足而发生的灾害。因此科学的评估建筑物的抗震能力，并依据评估结果进行适当的加固显得尤为重要。

1 结构抗震能力评估分析

抗震能力指在地震作用下，造成建筑物破坏时的地面加速度。在地震作用下，建筑物以延性、强度来抵抗地震。小地震时建筑物依靠自身延性抵抗地震；中震时，各构件中钢筋承受的地震作用力增加，混凝土出现了明显裂缝；强烈地震时，各构件的钢筋屈服，再利用其延性继续抵抗地震，当延性用尽时，建筑物就会破坏，此时所对应的地面加速度即为抗震能力A。

进行抗震能力评估时，根据建筑物实际的尺寸及配筋，计算出各杆件的强度及延性。在建筑物上施加地震作用（7度、0.1g），采用ETABS进行建筑物弹性静力分析，计算建筑物各杆件的内力。得到梁、柱杆件的内力值后，判断破坏模式，求的各上下节点柱断面的剪力，得到第i层上半层和下半层的地震作用放大系数αy，由此得到半层构件屈服时的地表加速度Ay，结构系统延性容量R，容许延性容量Ra，结构系统的地震折减系数Fu，最后得到抗震能力A。

2 结构抗震能力计算

结构抗震能力计算如下：

1）根据梁、柱构件的实际尺寸和配筋，计算其强度和延性。

2）用ETABS软件在地震加速度为0.1g时，进行梁、柱杆件内力分析。将建筑物各半层视为一个自由体，由梁柱节点的破坏判断，柱先破坏还是梁先破坏，进一步求出剪力及对应的延性比［3］。

在求解延性比时先对梁柱破坏形式判别。

定义梁破坏时由地震造成的弯矩和0.1g地震作用下造成弯矩的比值为B，

定义柱破坏时由地震造成的弯矩和0.1g地震作用下造成弯矩的比值为C，

然后进行延性比及剪力计算

当B大于C时为弱柱强梁，当B小于C时为强柱弱梁。当为弱柱强梁时，延性比为柱的延性比，剪力按照柱的剪力计算。当为强柱弱梁时，取左、右梁的延性比来加权计算，公式如下:

3）计算各半层的屈服地面加速度

4）根据各半层的综合延性比，求的结构系统的地震折减系数FU，乘以第三步屈服地面加速度，得到各半层的抗震能力［5］。

结构地震力的折减系数为结构屈服后地震加速度提高的倍数。FU计算公式如下：

注：Ra为容许延性容量，Tg为特征周期（单位s），T为建筑结构的周期 （单位s）［6］。

3 实例分析

3.1 工程概况

本工程为某县农民工培训示范基地综合楼，地下1层，地上6层。该建筑抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.1g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类。结构平面布置图如图1。

图1 结构平面布置图

3.2 建立模型

用ETABS软件建立模型，由于此建筑第一层为地下室，因此，在第一层顶节点处施加x、y方向的约束进行分析，框架结构X向（纵向）、Y向（横向）的自振周期为TXe=1.7052s，TYe=2.4258s，该建筑物高23.7m、长76.2m、宽19.8m，该建筑物自振周期为3.648s，评估所有的周期取两者最小值，故TXe=1.7052s，TYe=2.4258s［6］。

3.3 编写数据文件

建筑物的主要材料如下：

1）混凝土强度

框架柱：地下一层为C35，一层至四层为C30，四层至顶层为C25，A-C轴地下一层至一层为C25；框架梁：地下一层至四层为C30，四层至顶层为C25，A-C轴地下一层至一层为C25。

2） 钢筋强度

钢筋采用HPB300级钢（fy=270MPa），HRB335级（fy=300MPa），HRB400级（fy=360MPa）。

在使用ETABS软件进行分析前，还编写了框架内力信息文件即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 对各楼层抗震能力进行评估

对此建筑X向（纵向）、Y向（横向）各半层能抵抗的最大地震加速度及相对应得延性容量见表1、表2［8］。

表1 X向抗震能力评估

表2 Y向抗震能力评估

由上表知各楼层的抗震评价结果x方向第一层（地下室）的底部，Ac=0.88325g，崩塌由第一层底部控制，Y向第一层（地下室）的底部，Ac=0.62580g，崩塌由第一层底部控制。故此建筑的抗震能力为这两者的最小值0.62580g。

4 结论

依据此评估程序中，粱、柱、框架节点的破坏信息看出，建筑物的框架梁基本都是适筋粱，大部分都是弯矩屈服后的剪力破坏，满足强剪弱弯的原则，延性较好，对于框架节点和构件来说，大部分都是构件先屈服破坏。满足强节点弱构件的原则，延性较好。对于框架柱单元，建筑物柱承受的轴力相对于弯矩较小，基本上都是大偏心柱，从破坏形式看，基本上都是屈服后剪力破坏，延性较好。

从整个建筑来看，各楼层的粱、柱的截面尺寸、配筋变化不很大，本文的抗震能力评估是从截面的实际配筋入手，依据实际配筋计算各楼层的强度和延性，当地震发生时建筑结构先用强度进行抵抗，当地面加速度增大时再用延性进行抵抗，当延性用尽时建筑结构破坏，从分析来看建筑结构从顶至底剪力、弯矩逐渐增大，抗震能力逐渐减少。

对此建筑抗震评估表明，该方法不仅能够定量评估建筑物的抗震能力，还能找到抗震能力不足的部位为后续的加固提供了基础。

参考文献

［1］ 孙治国，王东升，李宏男，郭迅，司炳君，王清湘.汶川地震钢筋混凝土框架震害及震后修复建议［J］.自然灾害学报，2010（4）：114-123.

［2］杜志强.基于性能的RC框架结构抗震加固研究［D］.沈阳：沈阳建筑大学，2011：58-63.

［3］ 庄悦，吴庆.锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能有限元分析［J］.四川建筑科学研究，2011（5）:23-25.

［4］白雪霜.现有钢筋混凝土框架结构抗震鉴定方法试验研究［D］.北京：中国建筑科学研究院，2012：48-56.

［5］雷托，钱江，刘伯权.既有钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震评估［J］.工程抗震与加固改造，2013（3）:113-115.

［6］王飞.竖向不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震评估方法［J］.城市建设理论研究，2013（23）:32-34.

［7］陈辰.现浇楼板对钢筋混凝土框架结构抗震性能影响的研究［D］.吉林：吉林建筑大学，2015：111-118.

［8］张文利.实配钢筋“强柱弱梁”型框架结构形成因素分析［J］.建筑结构，2016（2）:20-22.

中图分类号：TU375

文献标识码：B

文章编号：1674-943X（2016）02-0007-03

收稿日期：2016- 04- 12

作者简介：陈海霞（1979- ），女，山西阳泉人，硕士，讲师，主研方向为结构工程。

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