填充抗震墙或带框钢支撑加固框架结构设计方法_史铁花陆加国彭光辉程绍革

式中： β 1 时满足抗震承载力要求； ψ1 为体系影响 系数， 可 按《建 筑 抗 震 鉴 定 标 准 》（ GB 50023 — 2009 ） ［4］（ 简称鉴定标准 ） 第 6. 2. 12 条并考虑加固 后的变化确定； ψ2 为局部影响系数， 可按鉴定标准 第 6. 2. 13 条并考虑加固后的变化确定； ξ y 为楼层 屈服强度系数； V y 为楼层现有受剪承载力， 采用填 充抗震墙或带框钢支撑加固时按 1． 2 节的规定计 算； V e 为 楼 层 的 弹 性 地 震 剪 力 ， 可按鉴定标准第 6. 2. 14 条计算。 1. 2 楼层现有受剪承载力的计算 1. 2. 1 现行国家标准中楼层受剪承载力的计算
2 Shi Tiehua ，Lu Jiaguo1 ，Peng Guanghui1， ，Cheng Shaoge1 1
（ 1 Institute of Earthquake Engineering，China Academy of Building Ｒesearch，Beijing 100013 ，China； 2 Wuxi Municipal Design Institute Co．，Ltd．，Wuxi 214072 ，China） Abstract ： Based on the test results，practical seismic checking and calculation methods were studied on the ＲC frame with weak story strengthened by filling seismic shear wall or steel frame brace． The advanced story integrated seismic capability index method was put forward and the calculation formula of story shear bearing capacity was also given． The results of story integrated seismic capability index and story shear bearing capacity calculated according to this method quite agree with those of tests or FEM numerical analysis． The connection details of the filling seismic shear wall，steel frame brace and existing ＲC structural members were given，which means that the two seismic strengthening techniques can be used in practice． Keywords： filling seismic shear wall； steel frame brace； ＲC frame； shear bearing capacity； integrated seismic capability index
楼层综合抗震能力指数法计算结果
模型 编号 模型一
表1
V wy
楼 楼层现有受剪 楼层弹性地震 体系影响 楼层综合抗 层 承载力 V y / kN 剪力 V e / kN 系数 ψ1 震能力指数 β 1 2 3 1 796 378 378 796 642 378 796 608 378 400 330 200 400 330 200 400 330 200 0. 8 0. 8 0. 8 0. 8 0. 8 0. 8 0. 8 0. 8 0. 8 1. 59 0. 92 1. 51 1. 59 1. 56 1. 51 1. 59 1. 47 1. 51
0
引言 1］ ， ［ 2］ 文献［ 分别进行了采用填充抗震墙或带
平面结构楼层综合抗震能力指数 β 可按下列公式 计算： β = ψ1 ψ2 ξ y ξy = Vy / Ve （ 1） （ 2）
框钢支撑的方法加固含有薄弱层的 3 层 ＲC 框架的 拟静力试验、 有限元计算分析等一系列研究， 得出了 采用两种加固方法均可以使原有框架承载力提高 、 延性增加、 耗能增大的结论， 验证了两种加固方法的 合理性和可行性。但两文中没有给出加固后框架结 构的抗震承载力验算方法， 因此两种加固方法尚不 能应用于多层框架结构加固的工程设计实践中 。 本文提出采用改进的楼层综合抗震能力指数法 进行抗震承载力验算， 并将计算结果与试验及有限 验证计算方法的准确性、 可行 元结果进行分析对比， 性和实用性， 以期达到使两种加固方法可在多层框 架结构加固工程设计中使用的目的 。 1 楼层综合抗震能力指数法 《建筑抗震加固技术规程 》 （ JGJ 116 —2009 ） ［3］ 中规定， 对于钢筋混凝土房屋加固后的抗震承载力 验算， 可采用楼层综合抗震能力指数的方法 ， 加固后 1. 1 楼层综合抗震能力指数计算公式
第 44 卷 第 11 期 2014 年 6 月上
建 筑 结 构 Building Structure
Vol． 44 No． 11 Jun． 2014
填充抗震墙或带框钢支撑加固框架结构设计方法
1 1 1， 2 1 史铁花 ， 陆加国 ， 彭光辉 ， 程绍革
*
（ 1 中国建筑科学研究院工程抗震研究所 ，北京 100013 ； 2 无锡市政设计研究院有限公司，无锡 214072 ）
［ 摘要］ 在试验研究的基础上， 就采用填充抗震墙或带框钢支撑加固含有薄弱层的 ＲC 框架的实用抗震验算方法 问题， 提出了采用改进的楼层综合抗震能力指数的方法 ， 并给出了楼层受剪承载力的计算公式 。 按本文方法计算 楼层受剪承载力与模型试验及有限元分析的结果相吻合 。 还给出了填充抗震墙、 带框 的楼层综合抗震能力指数 、 钢支撑与原有框架构件连接构造示意 ， 使两项加固技术进入了实用设计阶段 。 ［ 关键词］ 填充抗震墙； 带框钢支撑； ＲC 框架； 受剪承载力； 综合抗震能力指数
式中： λ 为抗震墙的计算剪跨比， 其值可采用计算 楼层至该抗震墙顶的 1 /2 高度与抗震墙截面高度之 比， 当 λ 小于 1. 5 时取 1. 5 ， 当 λ 大于 2. 2 时取 2. 2 ； A w 为抗震墙的截面面积； N 为对应于重力荷载代表 值的抗震墙轴向压力； A sh 为配置在同一水平截面 内的水平钢筋截面面积； f ck 为混凝土立方体抗压强 度标准值； s 为水平钢筋间距； f yvk 为抗震墙钢筋抗拉 强度标准值； h0 为截面有效高度。 由于本文所说加固用填充抗震墙为后置， 不承 担原有房屋恒荷载， 故其重力荷载代表值 N 的计算 与普通抗震墙不同。 1. 2. 4 带框钢支撑对楼层受剪承载力的贡献 鉴定标准中楼层受剪承载力的计算没有涉及到 钢支撑的计算方法， 故首先需解决钢支撑对楼层受 （ GB 剪承载力的贡献。 参考《建筑抗震设计规范 》 50011 —2010 ） ［5］附录 K． 2 中关于交叉支撑的计算 规定： 长细比不大于 200 的（ 长细比大于 200 的支撑 不推荐采用） 斜杆截面可仅按抗拉验算，但应考虑 压杆的卸载影响， 其拉力 N t 可按下式确定： Nt = li V （ 1 + ψ c i ） s c bi （ 6）
* 住房和 城 乡 建 设 部 研 究 开 发 项 目 （ 2012k230 ） ， 科技支疆项目 （ 201291112 ） 。 Email： 作者简介： 史 铁 花， 硕 士， 研 究 员， 一 级 注 册 结 构 工 程 师， cabrsth@ 126． com。
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建
筑
结
构
2014 年
关于楼层现有受剪承载力 V y 的计算， 鉴定标准 附录 C 有如下规定： V y = ΣV cy + 0 ． 7 ΣV my + 0 ． 7 ΣV wy （ 3） 式中： ΣV cy 为 框 架 柱 层 间 现 有 受 剪 承 载 力 之 和； ΣV my 为砖填充墙框架层间现有 受 剪 承 载 力 之 和； ΣV wy 为抗震墙层间现有受剪承载力之和 。 从式（ 3 ） 看出， 鉴定标准中没有考虑钢支撑的 且此处的抗震墙与本文所指的填充抗 受剪承载力， 震墙也不尽相同： 前者承担竖向恒荷载、 活荷载及水 平地震作用， 而后者由于为后置墙体， 不承受竖向恒 荷载， 主要承受水平地震作用。 1. 2. 2 本文提出的楼层受剪承载力 V y 计算公式 采用填充抗震墙或带框钢支撑加固后的框架结 构楼层受剪承载力 V y 公式为： V y = ΣV cy + 0 ． 7 ΣV my + 0 ． 7 ΣV wy + ΣV b （ 4 ） 式中 ΣV b 为带框钢支撑层间现有受剪承载力之和 。 1. 2. 3 填充抗震墙的受剪承载力 V wy 鉴定标准中给出了抗震墙的层间受剪承载力 的计算公式： A sh 1 = （ 0 ． 04 f ck A w + 0 ． 1 N） + 0 ． 8 f yvk h s 0 λ － 0． 5 （ 5）
100 ， 200 时，可分别采用 系数，压杆长细比为 60 ， 0. 7 ， 0. 6 ， 0. 5 ； s c 为支撑所在柱间的净距； V bi 为第 i 节 间支撑承受的地震剪力设计值； i 为第 i 节间斜杆 轴心受压稳定系数。 从式（ 6 ） 可以得出节间支撑承受的地震剪力设 计值 V bi 为： V bi = N t （ 1 + ψc i ） sc li （ 7）
式中： N t 为第 i 节间支撑斜杆抗拉验算时的轴向拉 力设计值； l i 为第 i 节间斜杆的全长； ψ c 为压杆卸载
源自文库
第 44 卷 第 11 期
模型二
2 3 1
模型三
2 3
注： 模型一指加固前的纯框架模型； 模型二为 2 层采用填充抗震 墙加固的框架模型； 模型三为 2 层采用带框钢支撑加固的框架模型。
从表 1 可以看出 ， 采用楼层综合抗震能力指数 法计算得到 ： 加固前的纯框架 2 层为薄弱层 ， 其综 合抗震能力指数为 0. 92 ； 采用填充抗震墙加固后 ， 2 层受剪 承 载 力 增 大 了 70% ， 综合抗震能力指数 2 层受剪承 提高到 1. 56 ； 采用带框钢支撑加固后 ， 综合抗震能力指数增大到 载力 增 大 了 60% ， 1. 47 。 可知 ， 采用增设填充抗震墙或带框钢支撑 的方法加固 ， 均能提高框架该层的受剪承载力 ， 其 中前者提高较多 。 2. 2 楼层受剪承载力对比 3 个模型的楼层受剪承载力中， 1层 不难看出， 和 3 层由于受剪构件完全一致， 所以均相等， 而2 层 由于进行了加固， 受剪构件发生了变化， 所以 3 个模 型的结果均不同。对 2 层的楼层受剪承载力进行比 较， 如表 2 所示。
+ 中图分类号： TU352. 1 ，TU317 ． 1
文献标识码： A
848X（ 2014 ） 11003103 文章编号： 1002-
Structural design method of frame structure strengthened by filling seismic shear wall or steel frame brace
式（ 7 ） 中 N t 的最大值应为轴向承载力， 即 Nt = fy As ， A s 为支撑截面面 其中 f y 为支撑的抗拉强度设计值， 积。则支撑的受剪承载力 V bi ' 为： V bi ' = f y A s 2 试验模型计算分析 （ 1 + ψc i ） sc li （ 8）
2. 1 楼层综合抗震能力指数 1］ ， ［ 2］ 对文献［ 中的 3 个模型实例采用本文提 结果见 出的楼层综合抗震能力指数法进行了计算 ， 表 1。