鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗地震破壞倒塌能力研究

劉鵬超 莊園 劉燾 文嘉祺 張慶耀

摘 要：在地震作用下，鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞性倒塌是地震災害的關(guān)鍵。有效地評價建筑結(jié)構(gòu)的抗震倒塌能力是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，也是當前建筑結(jié)構(gòu)提高抗震性能和加固的基礎(chǔ)。得出了崩塌儲備系數(shù)、崩塌易損性、整體超強度系數(shù)和整體延性系數(shù)的評價標準。采用pushover分析方法選擇相應(yīng)的地震波。根據(jù)梁柱剛度比對建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的影響，分析了建筑結(jié)構(gòu)的易損性。結(jié)果表明：等跨建筑結(jié)構(gòu)具有較強的抗震倒塌能力;低層建筑結(jié)構(gòu)為薄弱層，COF值越高，結(jié)構(gòu)越容易倒塌

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土;建筑結(jié)構(gòu);抗地震損壞;坍方;評定

引言：

鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下容易倒塌。嚴重的地震災害將造成大量人員傷亡和嚴重的經(jīng)濟損失。在地震作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能是當前抗震設(shè)計的關(guān)鍵，特別是對于人口密集的長期居住建筑，如果發(fā)生倒塌，將導致非常嚴重的后果。因此，研究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的評價方法，對于減少地震災害，保障人民生命財產(chǎn)安全具有重要意義。

1鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)倒塌的限制標準

鋼筋水泥大廈結(jié)構(gòu)倒塌極限判定標準是評價其抗震倒塌能力的重要依據(jù)和依據(jù)。本文分析了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在多次地震作用下的變形指標極值、破壞準則和倒塌極限狀態(tài)準則。根據(jù)我國有關(guān)規(guī)范，當建筑物超過一定高度或?qū)Ξ愋谓ㄖ镞M行地震波輸入分析時，本文所研究的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的倒塌極限是一個研究問題，其主要研究對象是高層和超高層建筑由于大多數(shù)地震都受到多個地震波的影響，本文沒有分析在單一地震波標準作用下鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的倒塌極限狀態(tài)。

1.1極端變形和破壞的度量標準

損壞它的外部表現(xiàn)的鋼筋混凝土變形，變形的能力需求比較部件可以有效地破壞構(gòu)件成塑性狀態(tài)之后確定的。失敗模式構(gòu)件的鋼筋混凝土分析的不同變形特性被劃分，根據(jù)抗地震破壞分為六個級別損害性能的程度，而相應(yīng)的修改引入性能極值。

2鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的量化指標

2.1倒塌儲備系數(shù)

FEMA-P695的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的評價賦予抗塌陷強度指數(shù)，即崩潰儲備系數(shù)RCM：

RCM=IM50%/IMMCE其中：IM50%用于描述當?shù)顾蕿?0%時，相應(yīng)的地震烈度可能導致建筑物結(jié)構(gòu)的倒塌，也被稱為建筑結(jié)構(gòu)的平均倒塌能力;IMECE是標準下考慮的最大地震烈度。倒塌儲備系數(shù)是反映建筑結(jié)構(gòu)實際抗震能力和倒塌能力與設(shè)防要求之間的關(guān)系。該值越大，建筑結(jié)構(gòu)抗地震破壞和倒塌的安全儲備越高，建筑結(jié)構(gòu)倒塌的概率越低。

2.2崩潰漏洞

對一組能描述建筑結(jié)構(gòu)場地類型的地震波進行IDA分析[7]，得到其倒塌強度IM1，im2，IM3，對應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)在多次地震波作用下。將地震烈度視為隨機自能，通過一定的概率模型對參數(shù)進行估計，得到建筑結(jié)構(gòu)在各烈度下的倒塌概率，即倒塌易損性。該值可用于評估建筑結(jié)構(gòu)在各種地震作用下的倒塌概率，并可與地震風險研究相結(jié)合，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)年平均倒塌概率的評估。

2.3結(jié)構(gòu)整體延性系數(shù)

延展性是影響鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能的關(guān)鍵指標，從分析，這反映了非彈性變形能力建設(shè)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，建筑結(jié)構(gòu)可以因地避免非彈性變形的出現(xiàn)，同時大大降低其強度和剛度。延性系數(shù)下式的整體結(jié)構(gòu)：δ= LMAX / LY

其中：獲取LY屈服位移到建筑結(jié)構(gòu)上，由其它能源的方法;Δ是延性因子;LMAX是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大位移。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)位移延性越高，降低設(shè)計地震力，建筑結(jié)構(gòu)所需強度也降低。因此，在地震設(shè)計結(jié)構(gòu)的過程中，需要保證強度的平衡，設(shè)計位移延性水平。

3 算例分析

3.1地震波選擇

對于超高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)，采用20個地震波進行時程分析，其中13個以上為自然波。在選擇天然地震波時，需要考慮建筑物的自振周期、場地的波速和地脈動的動力值等相關(guān)因素。如果不滿足這些條件，自然地震波將是不夠的。此時，不足部分需要人工模擬地震波。利用Espro軟件對人工地震波進行了分析。根據(jù)地震烈度、場地分類和選擇規(guī)定，從同級強震數(shù)據(jù)庫中選取滿足條件的天然地震波，同時進行試算。為了防止地震資料對地震資料的過度依賴，同一地震資料中地震波的選取應(yīng)小于2。

3.2分析

彈塑性分析是靜態(tài)的非線性分析可以基于當前建筑結(jié)構(gòu)的績效評估和新結(jié)構(gòu)的設(shè)計。與一些地震的彈性承載能力下，要求鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，目前設(shè)計界提供推倒分析的基礎(chǔ)。建筑研究使用科學院PKPM-SAT-WE完成鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)地震摧毀了一批地震倒塌分析視為基本建筑結(jié)構(gòu)加固設(shè)計結(jié)果的能力。

4抗震建筑結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土損傷評估崩潰

4.1 梁柱線剛比

中間鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是相同的層的典型短跨梁終點作為初始損傷構(gòu)造，在很大程度上是因為比線性梁元件相鄰跨度更大的剛度。這從原始建筑結(jié)構(gòu)跨度（5000 + 2000 + 5000）變成（5000 + 5000 + 5000），低于梁柱線的剛度，通過容量的崩潰沖擊力彈塑性分析鋼筋混凝土建筑物針對比地震損壞結(jié)構(gòu)剛性線。

4.2建筑結(jié)構(gòu)脆弱性分析

由于我國對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的倒塌率和抗倒塌體系沒有詳細的規(guī)定，根據(jù)美國atc-63報告，即大地震作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的倒塌率小于10%，即建筑結(jié)構(gòu)滿足抗震要求，建筑物抗倒塌體系限值為2.3。為進一步驗證鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌性能評價方法的有效性，等跨結(jié)構(gòu)的COF值為2.06，通過對不同建筑結(jié)構(gòu)的多次振動IDA分析，得到了自變量SA的自然對數(shù)和應(yīng)變最高層位移角的自然對數(shù)，得到了散射圖。完成數(shù)據(jù)的回歸分析，得到不同建筑結(jié)構(gòu)散亂點分布圖的回歸直線，同時得到線性方程，根據(jù)回歸直線方程和結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，求出相應(yīng)極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)易損性，以求得結(jié)構(gòu)達到大震狀態(tài)和大震狀態(tài)時五種不同結(jié)構(gòu)的地震易損性曲線。

5結(jié)論

根據(jù)“建筑抗震設(shè)計規(guī)范”，設(shè)計了五層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)程分析，得出以下結(jié)論完成后，使用20個地震波：

（1）將整個結(jié)構(gòu)變化成等離子體的橫結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的承載力后不改變已經(jīng)發(fā)生的基本的，結(jié)構(gòu)強度因子的變化，和延性系數(shù)，結(jié)構(gòu)位移延性減小，設(shè)計地震力增加，結(jié)構(gòu)強度要求的上升，提高抗地震破壞倒塌的能力。

（2）施工結(jié)構(gòu)底部層和第四層是微弱的。較高的COF值，時間越長接地柱的故障，損壞發(fā)生時間更加集中，而梁的建筑結(jié)構(gòu)顯得更加顯著損害鉸鏈結(jié)構(gòu)更容易崩潰，地震能量的最大程度消耗。

參考文獻

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