巨型框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的探討與研究

文/尤培華、李二航、王曉慶 中國核電工程有限公司鄭州分公司 河南鄭州 450052

巨型框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法的探討與研究

文/尤培華、李二航、王曉慶 中國核電工程有限公司鄭州分公司 河南鄭州 450052

結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范以及三水準(zhǔn)設(shè)防、三階段設(shè)計法，對設(shè)計基本地震加速度為0.15g地區(qū)結(jié)構(gòu)按主框架提高一度或者半度進(jìn)行巨型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用大型結(jié)構(gòu)分析軟件SAP2000對結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈塑性地震反應(yīng)分析與評價,以得出合理的設(shè)計參數(shù)。

巨型框架；抗震設(shè)計

巨型結(jié)構(gòu)體系是指在一座建筑中，由幾個大型結(jié)構(gòu)單元所組成的主結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)單元組成的次結(jié)構(gòu)共同工作，從而獲得更大穩(wěn)定性和更高效能的高層建筑結(jié)構(gòu)。目前，國內(nèi)外對巨型框架結(jié)構(gòu)體系的研究尚處于起步階段，因此，開展巨型框架結(jié)構(gòu)體系的研究，有其重要的理論價值和實際意義[1，2]。

1、巨型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計算例

本文對現(xiàn)行規(guī)范所規(guī)定的設(shè)計基本地震加速度為0.15g的烈度區(qū)(下稱7度半?yún)^(qū))框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計和彈塑性時程分析。算例是主框架三層，次框架九層，主框架每層37.4m，跨度21.6m，次框架每層3.6m，跨度7.2m，巨型梁與次框架之間有一大開間層，層高5m。建筑類別為乙類建筑，場地為Ⅱ類場地，設(shè)計地震分組為第一組。主框架混凝土C40，次框架混凝土C30。

2、結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)結(jié)果及對比分析

2. 1 設(shè)防烈度地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)結(jié)果的對比分析

2. 1. 1 頂點側(cè)移、層間位移角

在4條地震波(峰值加速度為0.15g)輸入下，結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)如下：

(1)框架按8度半和8度設(shè)計時,各地震波輸入下結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)差別很??；(2)主框架按8度半設(shè)計時,結(jié)構(gòu)在唐山波輸入下的反應(yīng)最大:頂點側(cè)移為0.25081m ,為結(jié)構(gòu)總高的1/447；層間位移角達(dá)到1/329；主框架按8度設(shè)計時,結(jié)構(gòu)仍在唐山波輸入下的反應(yīng)最大:頂點側(cè)移為0.20885m；層間位移角為1/331。

2.1. 2 塑性鉸出鉸情況

圖1給出了結(jié)構(gòu)在這4條地震波(峰值加速度為0.15g) 輸入下整個時程中的最大塑性鉸分布圖。從圖1中可以看出(圖中左為按8度設(shè)計，右為按8度半設(shè)計) :主框架按8度半設(shè)計，在設(shè)防地震作用下，主框架柱沒有出鉸，主框架梁出現(xiàn)的也只是開裂鉸，主框架按8度設(shè)計時，在唐山波輸入下巨型柱有出鉸現(xiàn)象，巨型梁出鉸也較嚴(yán)重；次框架出鉸的數(shù)量基本上相同。

圖1 設(shè)防地震輸入下結(jié)構(gòu)整個時程中的塑性鉸分布

2.2 罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)結(jié)果的對比分析

2.2.1 頂點側(cè)移、層間位移角的對比分析

在4條地震波(峰值加速度為0.316g) 輸入下，結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)如下：

(1)主框架按8度半設(shè)計時,結(jié)構(gòu)在唐山波輸入下的反應(yīng)最大:頂點側(cè)移為0.31842m ,為結(jié)構(gòu)總高的1/352；層間位移角達(dá)到1/215；主框架按8度設(shè)計時,結(jié)構(gòu)仍在唐山波輸入下的反應(yīng)最大:頂點側(cè)移為0.35266m,為結(jié)構(gòu)總高的1/318；層間位移角達(dá)到1/206；

2.2.2 塑性鉸出鉸情況

在上述4條地震波(峰值加速度為0.316g)輸入下，結(jié)構(gòu)在整個時程中的最大塑性鉸分布如圖2所示（圖2中左為按8度設(shè)計，右為按8度半設(shè)計）。

(1) 主框架按8度半和8度設(shè)計時，次框架梁端塑性鉸發(fā)育充分，第1、2大層柱端塑性鉸出現(xiàn)較多，位于巨型梁上次框架柱底幾乎全部出鉸。主框架按8度設(shè)計時，在唐山波作用下，底層右邊巨型柱上下兩端均出鉸，左柱下端出現(xiàn)塑性鉸，出現(xiàn)了層側(cè)移機(jī)構(gòu)的趨勢。

(2) 第1、2大層幾乎所有的次框架柱端都出現(xiàn)了塑性鉸, 第3大層次框架柱端在Elcentro波、taft波、唐山波輸入下均出現(xiàn)鉸，在蘭州波輸入下沒有出現(xiàn)鉸，位于巨型梁上的次框架底層柱底在4條地震波輸入下幾乎都出鉸。

結(jié)論

綜上所述，可以有如下初步結(jié)論。

圖2 罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)整個時程中的塑性鉸分布

(1) 對于7度半設(shè)防區(qū)鋼筋混凝土巨型框架結(jié)構(gòu)，主框架按8度半和8度設(shè)計時，在設(shè)防地震和罕遇地震作用下位移反應(yīng)相差不大；在設(shè)防地震作用下，主框架提高半度設(shè)計時，巨型梁柱有出鉸現(xiàn)象；主框架提高半度比提高1度設(shè)計在罕遇地震作用下，主次結(jié)構(gòu)出鉸的數(shù)量偏多，塑性鉸轉(zhuǎn)動前者比后者偏大，框架按8度設(shè)計時形成了層側(cè)移機(jī)構(gòu)的趨勢。所以，對于7度半?yún)^(qū)鋼筋混凝土巨型框架結(jié)構(gòu)，主結(jié)構(gòu)亦提高1度設(shè)計，即按8度半設(shè)計。

(2) 由主框架的出鉸情況表明，在罕遇地震作用下，雖然對薄弱層巨型柱做了相應(yīng)的加強(qiáng)，但是，仍然不能保證巨型梁先于巨型柱屈服，二者時間基本接近。為了保證主框架的強(qiáng)柱弱梁，保證巨型梁先于巨型柱屈服，使巨型柱在罕遇地震作用下僅在大層柱底出鉸，防止結(jié)構(gòu)在大震下倒塌，設(shè)計時，應(yīng)該對巨型柱再采取進(jìn)一步的加強(qiáng)措施。

[1]盛朝暉，陳淮.巨型框架結(jié)構(gòu)的抗震分析[J].工業(yè)建筑,2006年第36卷.

[2]藍(lán)宗建，楊東升，張敏.鋼筋混凝土巨型框架結(jié)構(gòu)彈性地震反應(yīng)分析[J].東南大學(xué)學(xué)報,2002,32(5).