框架剪力墙结构基于位移的抗震设计

框架剪力墙结构基于位移的抗震设计

发表时间：2017-12-29T13:38:31.837Z 来源：《防护工程》2017年第22期作者：石峰[导读] 依据框架剪力墙结构的特点，其性能水平可以分为使用良好、使用无害、人身安全、防止倒塌与倒塌五种。

湖北工业大学湖北省武汉市 430068 摘要：依据框架剪力墙结构的特点，其性能水平可以分为使用良好、使用无害、人身安全、防止倒塌与倒塌五种。基于位移方法进行框架剪力墙结构的抗震设计时，可以通过选取倒三角分布的水平荷载作用下的等截面悬臂杆作为框架剪力墙结构的初始侧移曲线，计算出框架剪力墙结构每层的侧移位移，并根据计算出等效自由体系的等效参数与基底各质点的水平地震作用，通过分析实际测出的侧移曲线与初始目标所设置的侧移曲线的符合度，来测试结构设计的合理性。实践表明，当实际测出的侧移曲线与初始侧移曲线相吻合时，框架剪力墙结构设计便能够满足相应的性能水平。关键词：框架剪力墙结构；位移；抗震设计；性能水平

0 引言

抗震设计的试验结果可以看出，基于力学的抗震设计可以保证建筑结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”。然而，在一些发达国家，虽然在经历大等级地震后，建筑物没有出现倒塌，所造成的人员伤亡也相对较少，然而建筑物的结构遭到了破坏，为此地震多造成的经济损失也十分严重。可见，单纯强调地震作用下建筑物不出现倒塌，不再是一种完善的抗震设计需求。为此在上世纪90年代末期，日本、美国学者率先提出了基于结构性能的抗震设计理念。近些年来，这种抗震的设计方法发展迅速，并逐步的引入到了抗震设计的规范之中。

试验结果证明，建筑结构不同阶段的性能与其位移指标具有一定的相关性，即两者之间可建立定量关系。为此当前基于位移的抗震设计，将位移变量作为了一个抗震的设计变量，即基于位移的抗震设计方法[1，2]。房屋建筑工程抗震设计过程中，国内外学者基于框架结构、剪力墙结构的位移抗震设计进行了较多的研究工作[3-7]，并且取得了非常多的研究成果，但是对于框架剪力墙结构的位移抗震设计的研究相对较少。基于此，本文重点研究框架剪力墙结构的位移抗震设计方法。

1 框架剪力墙结构性能水平

关于建筑结构的性能水平，目前大多数研究者将其划分为五个水平[1] ，即使用良好、使用无害、人身安全、防止倒塌和倒塌。为试验结果表明，层间位移角能够侧面反映出框架剪力墙结构层间不同构件变形的情况，且与结构的破坏程度具有较好的相关性。为此本文基于试验与有限元分析建立了层间位移角对框架剪力墙结构的性能水平之间的量化关系。分析结果表明，框架剪力墙结构的层间位移角达到1/3300~1/1100时，便会出现开裂。而结构的细小裂纹并不会影响结构的正常使用，为此建筑结构“使用良好”性能水平的界限位移角可以取1/1000。

震害和试验结果表明，框架- 剪力墙结构中刚度大且变形能力相对较差的剪力墙单元，不仅会比框架单元先进入弹塑性状态，而且最终破坏也相对集中在剪力墙单元上。研究表明，框架-剪力墙结构的弹塑性位移角限值，主要应根据剪力墙的变形能力来确定。对于保证“人身安全”和“防止倒塌”性能水平，其层间位移角限值可分别取1/250 和1/100。

2 框架剪力墙结构的性能目标

使用位移作为设计变量进行框架剪力墙结构的抗震设计时，应首先确定结构的整体振动侧移模式，依据框架剪力墙结构的性能水平来确定相应的目标侧移曲线，然后计算出结构的基底剪力情况。框架剪力墙结构的初始整体振动侧移模式一般选取倒三角分布的水平荷载作用下的等截面悬臂杆，即

（1）

式中，

（8）

5）依据建筑物的设防水准以及等效阻尼比、等效位移，确定出建筑结构的等效周期，其中等效阻尼比的确定方法如下：

（11）

8）结合建筑结构的水平地震荷载作用与建筑结构的竖直重力荷载作用，组合计算出建筑物构件的截面内力值，通过对混凝土结构构件的实际承载能力的计算，采取必要的措施以提升建筑结构的实际抗震能力。

9）将设计好的建筑结构进行静力的荷载分析，当建筑结构的某一层或者是几层出现位移角的极限值时，若实际测出的侧移曲线与初

始目标所设置的侧移曲线基本符合，则说明结构设计的结果符合抗震要求。若实际测出的侧移曲线与初始目标所设置的侧移曲线符合度不高，则需要将侧移曲线进行修正，通过上述的方法进行重新核算建筑结构的实际荷载情况，直至两个曲线吻合度较高为止。

5 结论

第一，建筑结构抗震设计时，使用层间位移角作为设计的一个性能指标，会简化建筑结构的设计，其结果也相对直观。

第二，初始的侧移曲线使用等截面的弯剪悬臂杆件替代框架剪力墙结构，其所计算的结果具有一定的局限性。实际的框架剪力墙结构设计时，应通过不断修正初始的侧移曲线的方式，使得修正后的侧移曲线能够反应出框架剪力墙结构刚度与实际高度之间的情况，如此的结构设计才更趋合理。

第三，框架剪力墙结构设计过程中，通过控制建筑结构的刚度特征值的方法来实现对剪力墙数量的控制，可以将剪力墙的数量控制在合理的范围之内。

第四，本文所提供的框架剪力墙结构设计方法可以满足任意性能水平的建筑结构。

参考文献：

[1]Vision 2000 Committee. Performance-Based Engineering of Building. Committee of the Structure Engineer Associat ion of California. Oakland， Calf: Wiley Inc， 1995

[2]Priestley M J N. Performance-Based Seismic DesignPP12WCEE. Auckland， New Zealand: 2000: 2 831

[3]罗文斌，钱稼茹. 钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计. 土木工程学报， 2003， 36(5) : 22- 29

[4]梁兴文，黄雅捷，杨其伟. 钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法研究. 土木工程学报， 2005， 38(9) : 53- 60

[5]Liang Xingwen， Deng Mingke， Li Bo， et al. Displacemen-t Based Seismic Design of Shear Wall St ructure in Tall BuildingsPPTall Buildings: From Engineering To Sustainability， Hong Kong: 2005:159- 164

[6]Medhekar M S. Displacemen-t Based Seismic Design of Buildings-Theory. Engineering Structures， 2000， 22: 201- 209

[7]Alois Sommer. Seismic Behavior of Asymmertric RC Wall Buildings:Principles and New Deformation-Based Design Method. Earthquake Engineering and Structural Dynamics， 2001， 30: 1439- 1462

作者简介：石峰（1986-09-08），男，汉族，籍贯：河北深县，学历：学士，研究方向：土木工程