巨型框架結構抗震設計方法的探討與研究

[摘要]結合現行規范以及三水準設防、三階段設計法，對設計基本地震加速度為0.15g地區結構按主框架提高一度或者半度進行巨型框架結構設計。采用大型結構分析軟件SAP2000對結構進行彈塑性地震反應分析與評價，以得出合理的設計參數。

[關鍵詞]巨型框架；抗震設計

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

1、巨型框架結構設計算例

本文對現行規范所規定的設計基本地震加速度為0.15q的烈度區（下稱7度半區）框架進行結構設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、結構彈塑性地震反應結果及對比分析

2.1設防烈度地震作用下結構反應結果的對比分析

2.1.1頂點側移、層間位移角

在4條地震波（峰值加速度為0.15g）輸入下，結構的位移反應如下：

（1）框架按8度半和8度設計時，各地震波輸入下結構的位移反應差別很小；（2）主框架按8度半設計時，結構在唐山波輸入下的反應最大：頂點側移為0.25081m，為結構總高的1/447；層間位移角達到1/32g；主框架按8度設計時.結構仍在唐山波輸入下的反應最大：頂點側移為0.20885m；層間位移角為1/331。

2.1.2塑性鉸出鉸情況

圖1給出了結構在這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度設計，右為按8度半設計）：主框架按8度半設計，在設防地震作用下，主框架柱沒有出鉸，主框架梁出現的也只是開裂鉸，主框架按8度設計時，在唐山波輸入下巨型柱有出鉸現象，巨型梁出鉸也較嚴重；次框架出鉸的數量基本上相同。

2.2罕遇地震作用下結構反應結果的對比分析

2.2.1頂點側移、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，結構的位移反應如下：

（1）主框架按8度半設計時，結構在唐山波輸入下的反應最大：頂點側移為0.31842m，為結構總高的1/352；層間位移角達到1/215；主框架按8度設計時，結構仍在唐山波輸入下的反應最大：頂點側移為0.35266m.為結構總高的1/318；層間位移角達到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，結構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度設計，右為按8度半設計）。

（1）主框架按8度半和8度設計時，次框架梁端塑性鉸發育充分，第1、2大層柱端塑性鉸出現較多，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，左柱下端出現塑性鉸，出現了層側移機構的趨勢。

（2）第1、2大層幾乎所有的次框架柱端都出現了塑性鉸，第3大層次框架柱端在Elcentro波、taft波、唐山波輸入下均出現鉸，在蘭州波輸入下沒有出現鉸，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。

結論

綜上所述，可以有如下初步結論。

（1）對于7度半設防區鋼筋混凝土巨型框架結構，主框架按8度半和8度設計時，在設防地震和罕遇地震作用下位移反應相差不大；在設防地震作用下，主框架提高半度設計時，巨型梁柱有出鉸現象；主框架提高半度比提高1度設計在罕遇地震作用下，主次結構出鉸的數量偏多，塑性鉸轉動前者比后者偏大，框架按8度設計時形成了層側移機構的趨勢。所以，對于7度半區鋼筋混凝土巨型框架結構，主結構亦提高1度設計，即按8度半設計。

（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的加強，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，防止結構在大震下倒塌，設計時，應該對巨型柱再采取進一步的加強措施。