劲性混凝土结构基于性能的分灾抗震设计

高彬森

摘要：本文将基于性能的分灾抗震设计方法作为选用的设计理念，在劲性混凝土结构中增加支撑这种分灾构件。通过利用SAP2000对带裙房的劲性混凝土框架结构进行耗能分灾数值模拟。实例分析证明，在中间跨安装支撑以及转换层处安装防屈曲支撑后的结构，层间位移角减小。各项抗震性能指标满足我国的现行“抗规”与“高规”中规定要求，表明耗能支撑在劲性混凝土结构中具有很强的实用性。

Abstract： In this paper， the performance-based damage-reduction seismic design method is chosen as the design concept， and the supporting component is added in the reinforced concrete structure. The reinforced concrete frame structure with podium is simulated by SAP2000. The example analysis shows that the interlayer displacement angle is reduced in the structure which installs support in the middle span and anti-buckling support at the transfer floor. The seismic performance indexes can meet the requirements of the current "anti-regulation" and "high-regulation" in China， which indicates that the energy dissipation brace is very practical in the reinforced concrete structure.

关键词：劲性混凝土；耗能支撑；抗震性能

Key words： reinforced concrete；energy dissipation brace；seismic behavior

中图分类号：TU352 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0105-03

0 引言

劲性混凝土高层建筑在进行结构抗震设计时面临许多不确定因素。工程结构本身的材料性能，计算模式等也存在各种不能定因素，材料时效、阻尼变化等复杂因素在分析计算模型中也很难被真实反映。各种不确定因素的综合最终导致结构构件抵抗地震荷载的不确定性。因此，在地震作用下计算分析设计结构抗震性能的基础上引入分灾抗震设计的概念，能够对结构抗震起到的重要作用[1]。在结构中加入普通支撑以及转换层处使用防屈曲耗能支撑能够对原结构的抗震性能产生较大影响，在小震作用下，支撑未进入工作阶段，此时可为主体结构提供刚度；当在中震作用下，支撑在主体结构进入弹性变形之前进行工作耗能表现出较强的非线性；而当大震作用下时，支撑伴随主体较大的弹塑性变形也进入非线性工作状态。因此，通过加入支撑作为劲性混凝土的分灾构件可提高结构整体抗震性能[2]。

1 基于分灾模式的劲性混凝土结构抗震优化设计模型的建立

1.1 耗能分灾结构体系的性能水准及目标

基于结构性能设计的主要目标是满足结构在不同地震风险下的不同目标要求，在满足一定的经济条件下，最大限度的限制和减轻建筑物的地震破坏。确定性能目标时应综合考虑多项因素，比如要求设计者和业主共同协商、考虑建筑物所在地设防烈度等。我国现行阶段的抗震目标设计可以满足结构整体抗震性能的最低要求，而基于性能的抗震设计是满足结构构件在不同的地震荷载作用下的不同的性能目标需求，这也是基于性能抗震设防目标与传统的抗震设防目标的重要区别[3]。耗能分灾结构通常有较强的消耗地震能量的能力，提高整体结构的抗震可靠度。本文将耗能分灾的性能目标分为三类：设防目标一：“小震不坏，中震可修，大震不倒”；设防目标二：“小震不坏，大震可修”；设防目标三：“大震不坏”。算例基于第二种设防目标进行抗震设防。

1.2 耗能分灾结构体系的阻尼比估算

2.2 分析方法

通过SAP2000软件采用时程动力分析方法对结构整体进行受力分析，其中地震波采用EL-Centro NS波，时间间隔0.02s，峰值加速度为341.7cm/s2，查得抗震规范多遇地震作用下的时程加速度峰值应取α=35cm/s2，在软件中输入时程曲线函数时与“抗规”要求相一致，故对地震波时程函数进行调整，调整比例系数为A=35/341.7=0.108。采用振型分解反应谱方法时，考虑扭转耦联振动对结构的影响，采用规范推荐的CQC方法进行振型组合。

3 结果分析

3.1 侧向剪切刚度

选择X向B轴线框架（图2所示）通过分析数据可知，X向抗震单元的侧向剪切刚度与竖向受力单元的侧向剪切刚度比值为16.12～35.31，结果表明抗震单元的剪切刚度远大于竖向受力单元，抗震单元明显优于竖向受力单元。

3.2 各层水平地震剪力分析

通过振型分解反应谱分析可看出结构在X向和Y向的刚度均匀。当在弹性动力时程分析时，可以看出在X、Y方向在14-23层剪力开始变大（如图3所示）。

3.3 楼层位移

楼层整体结构为弯剪型变形，上部结构为剪切变形，下部结构为弯曲变形。如图4所示，其位移角也存在一定变化，在地震荷载作用下劲性混凝土框架与支撑协同工作，在下部楼层因结构位移小，支撑控制住框架的变形，使结构承担了大部分的剪力；而上部结构随位移的增大框架的变形反而减小，框架除承受部分剪力外，还要负担支撑体系变形的附加剪力。

4 结论

①分灾设计比普通设计更符合“投资-效益”准则，通过加入抗震支撑结构的可利用较少的钢材降低了造价成本。②在地震作用下分灾抗震单元吸收地震能量比豎向受力单元大，抗震支撑作为第一道防线很好的达到两阶段设防要求。③通过分灾设计后的结构最弱层层间变形可靠指标也有不同程度的提高。

参考文献：

[1]杨迪雄，李刚.结构分灾抗震设计：概念和应用[J].世界地震工程，2007（04）：95-101.

[2]孙国华，顾强，何若全，方有珍.钢板剪力墙结构的耗能能力[J].计算力学学报，2013（03）.

[3]JGJ 149-2006，混凝土异形柱结构技术规程[S].2006.

[4]郑山锁，李磊.型钢高强高性能混凝土结构基本性能与设计[M].科学出版社，2012.

[5]陆铁坚，余志武.带支撑多层钢框架结构的内力和位移计算[J].长沙铁道学院学报，2002，20（3）：7-11.

[6]JGJ138-2001，型钢混凝土组合结构技术规程[S].2001.