框架剪力墙结构抗震地震易损性分析

王 恩

（北京博大经开建设有限公司，北京 101100）

0 引言

目前，随着我国建筑技术的创新与完善，相关行业也得到了进一步发展，为部分工程施工提供便利条件。抗震防震处理是建筑施工中关键的一项工作。通常情况下，施工人员会选择在建筑的承压区域或者侧方向支柱区域构建钢筋混凝土框架剪力墙，作用于多层或者高层建筑的防震处理，传统的施工通常采用单层级关联或者建筑关联来实现施工任务目标，虽然该方式可以完成预期的建筑任务，但是在实际应用的过程中，经常会出现侧向弯曲、定向断裂等问题，对施工效果会产生消极影响，拖慢工程处理的进度。为了解决该问题，减少经济损失，需要对框架剪力墙抗震性能进行测定与检验。因此，对框架剪力墙结构抗震地震易损性进行分析。

针对易损性的处理，从建筑的基础设计进行分析，结合剪力墙的多方向框架，逐步确定抗震的单元效果，构建抗震层级，在增大结构刚度，减少层间位移的同时，降低整体框架的易损性，完成测定加固分析，为后续的建筑处理提供理论依据。

1 框架剪力墙结构抗震地震易损性分析

1.1 增量动力及易损指标测算调整

在对框架剪力墙结构抗震地震易损性进行分析前，需要先对增量动力及易损指标作出测算调整。一般情况下，框架剪力墙多被应用在高层级的建筑中，与内部承压结构相关联的同时，由于外部因素的影响，再加上抗震架构的辅助，形成弹性形变，加重建筑的易损程度。所以针对基础建设情况，需要先测定动态增强动力，如公式（1）所示。

式中：为动态增强动力，为应变系数，为易损变量，为动力极限值。

通过上述计算，最终可以得出实际的动态增强动力。根据特定的标准，调整内部结构的承压面积，并更改抗震结构的搭接角度，推断出具体的易损范围，采用IDA的分析方式，对基础性的易损验证指标的合理性以及完整性进行验证，同时，设定震动强度指标。在所设定的每个周期内，进行测定的记录，实现高频分量过滤，最终完成对增量动力及易损指标测算的定向调整。

1.2 异形柱框剪结构建立

在完成对增量动力及易损指标测算的调整后，接下来，需要根据建筑抗震结构的形变状态，建立异形柱框剪分析结构。在非线性易损标定分析的背景下，结合结构内部的单质化单元，测定弹塑性形变状态，与此同时，结合PERFORM-3D 技术，计算出多线程地震波频率，如公式（2）所示。

式中：为多线程地震波频率，为配筋作用强度，为对比易损差值。

通过上述计算，最终可以得出实际的多线程地震波频率。此时，对异形柱的形变状态观测，将模拟波动调节至合理状态，在线性搭接作用下，构建异形柱框剪分析模型，如图1 所示。

根据图1，构建异形柱框剪单向分析模型，获取异形柱框剪结构相关受力数据，以便接下来的框架剪力墙结构易损性分析。

图1 异形柱框剪结构分析结构单向模型图

1.3 塑性抗震易损模型构建

在完成对异形柱框剪结构的后，接下来，需要构建塑性抗震易损模型。将建筑抗震结构划分为约束区和非约束区，采用Concrete02 的架构作为基础，增加剪力墙的混凝土厚度，在定向的抗震易损周期内，进行状态对比，见表1。

表1 抗震易损周期状态对比表

根据表1，可以对抗震易损周期状态进行对比与分析。结合塑性抗震能力，划定此时的易损值范围，并加固剪力墙，构建塑性抗震易损模型。

1.4 增量动力法实现剪力墙抗震易损性分析

在构建塑性抗震易损模型以后，结合增量动力法实现剪力墙抗震易损性分析。依据得出的增强动力，调整最大层间的位移角，并与地震动强度形成关联关系，即IDA 曲线。随机IDA 分析方法通过选择跟结构场地相适应的地震动，将其与结构随机参数抽样及设计，抽样及设计方法分别选择拉丁超立方法、正交设计。然后得到一组地震－结构随机样本对，通过分析获得结果。在标定易损范围内，营造抗震环境，分别设定52%、18%、85%的易损分位，计算出抗震易损反应概率函数，如公式（3）所示。

式中：为抗震易损反应概率函数，为定义易损系数，为失效距离。

通过上述计算，最终可以得出实际的抗震易损反应概率函数。在正态分布状态下，通过调整增强动力来控制易损范围，在不同的环境下，完成对框架剪力墙结构抗震地震易损性的分析。

2 实例分析

2.1 A 工程抗震处理施工现状

A 工程是一座高层级的多变建筑，实际上可以看做异形柱框架剪力墙住宅楼房。大楼的底层层高预设为4.15m，分为上层与地下室，地下室总体为3 层，其中一层为车库。上层的高程距离均设定为3.5m，内部结构总高度为30.5m，大楼建筑的总面积为2254.35m。在建设施工初期，为了提升建筑整体的安全性与稳定性，工程施工人员在楼房内部安装关联了防震处理结构，如图2 所示。

根据图2，可以完成对A 工程防震结构的设计。由于A 工程建设位置震点较多，因此，需要将抗震设防烈度为 6.5 度，建筑的场地类别为Ⅱ类，框架剪力墙的特征周期为0.15 s。随后，为了增加建筑整体的等效处理效果，需要在“L”形柱、“T”形柱之间加设等肢长柱，计算出肢长高度，如公式（4）所示。

图2 A 工程防震结构图示

式中：为肢长高度，为防震覆盖面积，为震点数量。

通过上述计算，最终可以得出实际的肢长高度，与此时的高程深度进行对比，将存在的差值控制在合理的范围内。

侧向剪力墙的边缘构件为825mm～1025 mm，虽然可以形成定向的承接抗震效果，但是建筑整体的厚度与抗震柱肢并不相同，逐步形成侧向弯曲、断裂等问题，等级异形柱无法达到预期的应用效果，钢筋的总体强度等级也仅可以达到HRB400，逐渐促使工程抗震处理现状变得更加糟糕，对后续的施工处理形成阻碍。

2.2 A 工程框架剪力墙结构抗震易损实证

在完成对A 工程抗震处理施工现状的分析之后，针对工程的整体施工效果，对其框架剪力墙结构抗震易损实证。首先，结合建筑的构建情况，计算出具体的抗震损性强度，如公式（5）所示。

式中：为抗震损性强度，为剪力刚度，为定向刚度。

通过上述计算，最终可以得出实际的抗震损性强度，承接基础抗震能力，在特定的地震动强度环境下，修改调整剪力墙的侧向角度，控制对数均值以及对数标准差，明确具体的易损范围，在最大层间位移角的背景下，观察框架剪力墙的弯曲程度，绘制正态分布函数，如图3 所示。

根据图3，利用三维模拟技术，针对设定的易损点，还原剪力墙的震动实况，在不同的震动强度作用下，只针对易损覆盖区域，逐步调整最大层间位移角的偏重方向，减少剪力墙的实际承压力，在不同的水平状态下，进行等效易损性斜率的计算。

图3 正态分布函数呈现图示

通常将地震作用和结构的地震反应看作是随机变量。一般假设当结构通过变化达到某种破坏状态，即ds 的地震动谱位移S服从对数正态分布，见式（6）。

式中：S为结构达到某一破坏状态时的地震动谱位移；S为破坏状态为ds 时的谱位移均值；ε为均值为1的服从对数正态分布的随机变量。基于不同的地震动输入下，易损性曲线可以直观地描述出结构反应在超过规范规定的破坏状态的概率，破坏极限状态包括倒塌、严重破坏、中等破坏以及轻微破坏。对结构的极限破坏进行评估的方式主要是采用结构震害评估方式，见表2。

表2 框架结构房屋震害等级的划分

根据易损测定点的不同，所绘制的易损曲线也存在差异，如图4 所示。

图4 易损曲线变动情况图示

根据图4，可以完成对此时A 工程建筑防震地震易损曲线变动情况的基本处理。

随后，在特定的环境下，结合建筑的搭接情况，计算具体的易损斜率，如公式（6）所示。

式中：为易损斜率，为抗震防范系数，为易损差值。

通过上述计算，最终可以得出实际的易损斜率，进行定向分析：在基础施工建设过程中，针对框架剪力墙内部结构的承压力，预设不同的震动环境。经过测验发现，随着震动幅度以及强度的逐渐增长，墙体结构也会发生等效变化、部分区域会形成弯曲状，此时的易损斜率是较高的；反之，震动的幅度以及强度逐渐下降，墙体结构所形成的弯曲状得到了有效控制，此时的易损斜率相对较小，框架剪力墙的损坏问题也更得到了强有力地控制，为后续的施工建设营造更加安全稳定的环境。

3 结语

抗震结构是建筑施工的必备处理工作，一般会在施工中期进行，针对框架剪力墙的重点易损区域，进行处理。与此同时，扩展预设的抗震区域，布设相对应的易损测定节点，从多个方向增加防震的实际效果，框架剪力墙的安装与重组也要更加谨慎、关联，与建筑基础的抗震架构形成合理的搭接，以此来营造更加稳定、安全的建筑环境，加强建筑综合抗震能力，为后续的施工处理奠定更坚实的基础条件。