型钢混凝土剪力墙结构基于位移抗震设计方法研究_马恺泽

并对性能水平进行了量化 。 将型钢混凝土结构的性能水平划分为“使用良好 、 生命安 全 、 防止倒塌” 三 个 性 能 水 平， 通 观描述， 然 后 通 过 剪 力 墙 结 构 的 侧 移 模 式 求 出 目 标 位 移。 过统计分析提出了型钢混凝土剪力墙结构 各 性 能 水 平 的 层 间 位 移 角 限 值， 建立了考虑高阶振型影响的型钢混凝土剪力墙结构基于位移的抗震设计方 法 和 流 程 ， 通过一个算例说明了设计的基本步骤。 本文方法为型钢混凝土剪力墙结构基于位移的抗震设计提供了一个可供参考的思路 。 ［关键词］ 型钢混凝土剪力墙结构； 基于位移设计； 性能水平； 目标位移； 高阶振型影响 ［中图分类号］ TU398 ［文献标识码］ A
3
考虑高阶振型 影 响 的 型 钢 混 凝 土 剪 力 墙 结 构 基 传统的抗震设计方法是以力作为设计的主要控
于位移的抗震设计方法 制参数， 而基于位移 的 抗 震 设 计 方 法 是 以 位 移 作 为 即在设计中通过对 整个设计过程的主 要 控 制 参 数， 位移的控制， 达到各 结 构 部 件 满 足 所 选 择 的 设 防 目 标， 以及对强度 、 刚度以及延性的需求 。 基于位移的抗震设计从目标延性和目标位移出 发， 确定结构及其构件的承载力需求， 并对构件进行 承载力和变形能力设计 。 因为基于位移的抗震设计
1
引言 结构基于位移的抗震设计是一种新的结构抗震
［1 ～ 3］
能水平： 使用良好 、 人身安全和防止倒塌 。 建议的结 构构件性能水平划分宏观描述如表 1 所述 。
表1 Table 1 性能 水平 使用 良好 人身 安全 防止 SRC 剪力墙结构性能水平划分
设计方 法， 与现行的设计方法有较大的差别
2 ． School of Civil Engineering ，Xi'an University of Architecture ＆ Technology ，Xi'an 710055 ，China ） Abstract ： The performance objectives ，seismic fortification levels ，performance levels are suggested for displacement-based design SRC shear wall buildings． The corresponding damage states are described and performance levels are quantified． The seismic performance of steel reinforced concrete （ SRC ） structures can be induced into three levels ： normal service ，life safety and collapse prevention． The drift angle of different seismic performance level is recommended through statistical analysis． The target drift is determined according to lateral displacement model of SRC wall building． Direct displacement based seismic design method of SRC shear wall buildings by considering higher mode effect is advised． The proposed procedure is illustrated with an example． Keywords ： steel reinforcement concrete wall building ； displacement-based design ； performance level ； target drift ，higher mode effect Email ： topmkz@ 126． com
表2 Table 2 不同性能的层间位移角限值 Statistical result of different performance story drift 性能水平 型钢混凝土剪力墙结构 使用良好 人身安全 防止倒塌 1 /1000 1 /250 1 /110
， 通过数值
分析将各阶振型的振型曲线作为各振型的弹性位移
∑m （ u
u jeff =
i=1 n i i=1
ji ） ji
2
jr
jr
i=1 n
=
i ji
u jr γj
（ 2）
∑m u
∑m
i=1
图1 Fig. 1
剪力墙结构的位移模式
Displacement mode of walls building Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting February 2013
型钢混凝土剪力墙结构基于位移抗震设计方法研究
1 2 1 马恺泽 ，梁兴文 ，刘伯权
（ 1． 长安大学 建工学院， 陕西 西安 710064 ； 2． 西安建筑科技大学 土木工程学院， 陕西 西安 710055 ） ［提 要］ 提出了型钢混凝土剪力墙结构基于位移抗震设 计 中 的 设 防 水 准 、 性 能 水 平 以 及 性 能 目 标。对 相 应 状 态 进 行 了 宏
［收稿日期］ 2012 0405
Different performance levels of SRC shear walls 结构性能描述 总体 描述 基本 完好
无永久侧移， 结构基本保持原有强度和刚 度， 剪力墙完 好， 连 梁 有 轻 微 损 坏， 一般不需修 理。
存在永久侧移， 大多数剪力墙都有裂缝， 个 别 中等 有明显裂缝， 连梁严重损坏， 需一般修理 。 破坏
Displacementbased Seismic Design Method of Steel Reinforcement Concrete Wall Building
Ma Kai-ze 1 ，Liang Xing-wen 2 ，Liu Bo-quan 1 （ 1 ． School of Architecture Engineering ， Chang'an University ，Xi'an 710055 ， China ；
n n i jr ［7］
。 结构的性能水平是各个构件性能水平的综
不仅与单个构件的损失状态相关， 更为重要 合体现， 的是与整个结构的 破 坏 机 制， 即与结构塑性变形的 分布状态相关 。 本文在参考型钢混凝土剪力墙位移 角的基础上， 以层间位移角作为性能指标， 确定型钢 混凝土剪力墙结构层间位移角限值 。 表 2 给出了型 钢混凝土剪力墙结构在 3 个性能水平时的层间位移 角限值 。
第 35 卷第 1 期 2013 年 2 月
工程抗震与加固改造 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting
Vol. 35 ， No. 1 Feb． 2013
［文章编号］ 10028412 （ 2013 ） 01009307
DOI ： 10． 3969 / j． issn． 1002 － 8412． 2013． 01． 017
2 －γ 2 2 ［10］
第 35 卷第 1 期
马恺泽， 等： 型钢混凝土剪力墙结构基于位移抗震设计方法研究
· 95 ·
u jeff 为剪力墙结 构 第 j 振 型 等 效 单 自 由 度 体 系 式中， 的等效位移； m i 为第 i 质点的集中质量； γ j 为第 j 振 型参与系数 。 3. 2 3. 2. 1 位移反应谱和目标位移 位移反应谱 利用 某 一 地 震 作 用 下 的 位 移 反 应 谱， 可以直接 从位移谱中计算出单质点体系在该地震作用下的最 大地 震 反 应 。 但 是， 由于不同地震的特性不一样 （ 反映在地 震 波 的 幅 值 、 频谱特性和持时上均有不 同时还要受场 地 土 特 性 等 因 素 的 影 响， 因此不 同） ， 同场地和不同时间发生的地震记录的位移反应谱是 不同的 。 为了得到 具 有 代 表 性 的 位 移 谱， 需要对反 应谱进行标准化和 平 均 化 处 理， 这就是设计位移反 应谱的概念 。 由于 标 准 化 的 方 法 不 同， 得到的设计 位移谱可能也有一定的差异 。 本文采用的设计位 移 反 应 谱 是 根 据 我 国《建 筑 （ GB500112010 ） 抗震设计规 范 》 谱， 按下式换算而得： S d = （ T /2 π） 2 S a 谱位移 。 将弹性标准加速度反应谱转化为弹性位移反应 谱， 根据式（ 3 ） ， 有 Sd = T［ 0 ． 45 + 10 （ η 2 － 0 ． 45 ） T］ α max g 4π T 2 η 2 α max g 4 π2 T
［6］
一个必不可少的重要参数 。 结构的性能指标是对性 能水平的量化 。 基于位移的抗震设计是将结构的位 移指标与性能目标 挂 钩， 通过控制结构在地震作用 下 的 位 移 来 控 制 结 构 的 性 能 水 平， 实现性能目 标
［4 ～ 5］
， 未考 虑 高 阶 振 型 的 影 响， 故而无法合理估
。
在基于位移的抗震 设 计 过 程 中， 从抗震性能目标选 择、 结构计算 、 构件设计， 到结构性能的评估， 始终贯 穿着“性 能 目 标 ” 的 概 念。 它 既 是 结 构 设 计 的 出 发 点（ 目标位移） ， 又是结构设计的终极目标 （ 构件变 形能力） 。 2 2. 1 型钢混凝土剪力墙结构的性能目标 性能水平 目前对钢筋混凝土结构的性能水平划分比较明 确 。 本文对型钢混凝土剪力墙结构主要考虑 3 个性