階梯墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能及設(shè)計(jì)方法研究

許衛(wèi)曉

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

階梯墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能及設(shè)計(jì)方法研究

許衛(wèi)曉

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱150080）

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)（簡(jiǎn)稱RC框架結(jié)構(gòu)）在我國(guó)建筑類型中所占的比例很大，尤其在抗震設(shè)防地區(qū)，它更是成為承擔(dān)重要社會(huì)職能的多層公共建筑的首選結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)意義上普遍認(rèn)為，RC框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，但歷次地震的震害卻突出的顯示RC框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了大量與設(shè)計(jì)預(yù)期不相符的震害特點(diǎn)，其中底層薄弱的層屈服機(jī)制是一個(gè)非常普遍的典型破壞和倒塌模式。這種破壞模式往往會(huì)導(dǎo)致上部各層的連續(xù)坍塌，危害極大，而且即使在地震中并未倒塌，震后也難以進(jìn)行修復(fù)。本文旨在分析造成RC框架結(jié)構(gòu)底層薄弱破壞模式產(chǎn)生的原因和破壞倒塌過程，并提出經(jīng)濟(jì)實(shí)用、構(gòu)造簡(jiǎn)單、適合工程應(yīng)用的改善措施。在此基礎(chǔ)之上，對(duì)提出的改善措施的效果、抗震性能以及設(shè)計(jì)方法等問題進(jìn)行全面系統(tǒng)的研究。主要工作如下：

（1）基于國(guó)內(nèi)外歷次地震的實(shí)際震害總結(jié)和理論分析得出的多層RC框架結(jié)構(gòu)的變形損傷特點(diǎn)，提出了一種新的結(jié)構(gòu)體系——階梯墻框架結(jié)構(gòu)體系，通過變剛度的階梯墻使得結(jié)構(gòu)在地震作用下各樓層具有近似的層間變形幅度，控制損傷不再集中于底層薄弱層，而是均勻分布于各樓層，最大限度地消耗地震能量。通過pushover分析和IDA分析，表明階梯墻體系在結(jié)構(gòu)的整體承載力儲(chǔ)備和變形能力，冗余度和整體性，以及合理的屈服機(jī)制3個(gè)層面上均能對(duì)RC框架結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力起到很好的改善作用。

（2）為了實(shí)際檢驗(yàn)階梯墻體系對(duì)RC框架結(jié)構(gòu)抗震能力的改善效果，并研究該種結(jié)構(gòu)類型的抗震性能和破壞模式等問題，進(jìn)行了一個(gè)縮尺比為1：5的純框架結(jié)構(gòu)和一個(gè)階梯墻框架結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)。詳細(xì)分析了兩種結(jié)構(gòu)類型模型在設(shè)計(jì)小震、中震、大震以及更高強(qiáng)度的地震作用下的宏觀破壞模式、動(dòng)力特性、地震反應(yīng)等問題。試驗(yàn)現(xiàn)象和進(jìn)一步分析表明，階梯墻體系能夠有效控制結(jié)構(gòu)的變形和損傷模式，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)各層變形的平均化，抑制底層薄弱的層屈服機(jī)制的出現(xiàn)。

（3）為研究RC框架結(jié)構(gòu)在地震作用下會(huì)何時(shí)，因?yàn)楹畏N原因，以何種方式發(fā)生倒塌，進(jìn)行了RC框架結(jié)構(gòu)模型的振動(dòng)臺(tái)倒塌試驗(yàn)，對(duì)RC框架結(jié)構(gòu)典型地震倒塌模式進(jìn)行了試驗(yàn)再

現(xiàn)，詳細(xì)分析了其倒塌原因、倒塌臨界點(diǎn)、倒塌過程和倒塌機(jī)理等問題。

（4）提出了基于靜力彈塑性分析的階梯墻設(shè)計(jì)方法。該方法在設(shè)計(jì)過程中，可以考慮結(jié)構(gòu)的非線性性能，并能設(shè)定目標(biāo)變形要求，更符合基于性能的抗震設(shè)計(jì)思想。此外，基于階梯墻框架結(jié)構(gòu)體系的破壞特點(diǎn)，對(duì)關(guān)鍵部位提出了具體的構(gòu)造要求。最后給出一個(gè)實(shí)際階梯墻框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)實(shí)例，并對(duì)其進(jìn)行了抗震性能評(píng)估。

關(guān)鍵詞RC框架結(jié)構(gòu)；階梯墻；抗震性能；振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)；設(shè)計(jì)方法

（作者電子信箱，許衛(wèi)曉：wxgodspeed@163.com）

中圖分類號(hào)：TU375.4；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.05.009