钢筋混凝土框架结构抗震性能目标的量化研究

第 33 卷第 5 期 2011 年 10 月
工程抗震与加固改造 Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting
［文章编号］ 1002-8412（ 2011） 05-0080-07
Vol. 33，No. 5 Oct． 2011
钢筋混凝土框架结构抗震性能目标的量化研究
［中图分类号］ TU352. 1
［文献标识码］ A
Quantization Research on Seismic Performance Target of Reinforced Concrete Frames
Lv Jing，Liu Wen-feng，Wang Jing（ School of Civil Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China）
第 33 卷第 5 期
吕 静，等： 钢筋混凝土框架结构抗震性能目标的量化研究
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值［1］，见表 1 所示。
表 1 我 国 抗 震 设 计 规 范 的 层 间 位 移 角 限 值［1］ Table 1 Limit values of inter-story drift ratio
of Chinese seismic design code［1］
本文收集整理了 20 榀钢筋混凝土框架拟静力 试验，得到 33 组 关 于 层 间 位 移 角 的 实 测 数 据，对 位 移角进行统计分 析，确 定 在 开 裂 荷 载、屈 服 荷 载、最 大荷载和极限荷载 时 的 位 移 角，并 给 出 了 各 性 能 等 级对应的层间位移角限值建议值。 1 国内外规范对性能目标的规定
我国抗 震 规 范 采 用 层 间 变 形 来 描 述“小 震 不 坏、中 震 可 修、大 震 不 倒 ”三 级 设 防 水 准，并 规 定 了 钢筋混凝土框架结构弹性和弹塑性层间位移角的限
Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting October 2011
E-mail： lvjing0902@ 163. com
从目前各国的 研 究 成 果 和 趋 势 看，基 于 性 能 的 抗震设计代表了未 来 结 构 抗 震 设 计 的 发 展 方 向，要 实现该目标必须对结构在地震作用下的损伤进行有 效控制。实际震害 和 理 论 分 析 都 表 明，结 构 的 层 间 侧移是引起结构和非结构构件损伤破坏的最主要因 素，不同性能水准下 的 层 间 位 移 角 从 本 质 上 来 讲 属 于离散的性能目标。层间侧移角不受本层层高的影 响，但能真正反映楼 层 的 变 形 程 度 以 及 结 构 和 非 结 构构件的损伤程度，这 就 与 结 构 的 损 伤 程 度 有 了 量 化的对应关系。因 此，为 了 与 我 国 抗 震 规 范 中 抗 震 性能指标相一致，本 文 采 用 层 间 位 移 角 作 为 钢 筋 混 凝土框架结构基于性能的抗震设计的量化指标。
文献［10］对 钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 层 间 位 移 角 限值建议如表 4 所示。
表 4 损 伤 状 态 与 层 间 位 移 角 的 关 系［10］ Table 4 The relationship of damage status
and inter-story drift ratio［10］
［收稿日期］ 2010 -12-24 ［基金项目］ 国家自然科学基金项目（ 50878110 ）
山东省自然科学基金项目（ Y2008 F58 ）
量化 问 题 的 研 究，不 同 国 家 的 规 范 规 定 不 尽 相 同，试验也具有离散性，对此我国 2010 版《建筑抗震 设计规范》［1］ 也 未 能 明 确 规 定，为 此 本 文 针 对 我 国 抗震规范对结构的性能水平和震害损失的定量描述 不是很明确这一事 实，综 述 了 国 内 外 规 范 对 性 能 目 标的规定以及相关 试 验 研 究 成 果，并 对 抗 震 性 能 目 标进行了量化研究。
吕 静，刘文锋，王 晶（ 青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛 266033）
［摘 要］ 我国抗震规范对结构的性能 水 平 和 震 害 损 失 的 定 量 描 述 不 是 很 明 确 ，为 此 本 文 对 抗 震 性 能 目 标 进 行 量 化 研 究。 以层间位移角为主要性能指标，综述了国内外规范对性能目标的规定以 及 相 关 试 验 研 究 成 果 。 收 集 钢 筋 混 凝 土 框 架 的 33 组 试验数据，对位移角进行频数统计分析，建立了钢筋混凝土框架结构在不 同 性 能 水 平 时 的 量 化 指 标 。 在 综 合 考 虑 结 构 与 非 结 构 构 件 破 损 程 度 的 基 础 上 ，给 出 了 各 性 能 等 级 对 应 的 层 间 位 移 角 限 值 的 建 议 值 。 ［关键词］ 钢筋混凝土框架； 层间位移角； 性能目标； 性能等级
基本完好 1 /550
“三水准”设 防 还 不 足 以 控 制 结 构 在 未 来 地 震 作 用 下 的 经 济 损 失 ，因 此 ，采 用 多 级 水 准 设 防 的 基 于
性能的抗震设计方法是未来地震工程的发展趋势， 如何选择结构的抗震性能目标是基于性能抗震设计 最核心的 内 容。 “五 水 准 ”设 防 可 以 更 好 地 控 制 结 构在设计基准期内 的 地 震 经 济 损 失，而 五 水 准 的 划 分标准，即： 基 本 完 好、轻 微 破 坏、中 等 破 坏、严 重 破 坏 和 倒 塌 ，考 虑 的 技 术 依 据 较 为 容 易 确 定 ，也 基 本 包 括了建筑物到达每 个 状 态 时 对 应 的 状 态 水 平，并 且 我国《建筑 地 震 破 坏 等 级 划 分 标 准 》在 进 行 等 级 划 分时就采用了这种划分标准。
表 2 Vision2000 建议的结构性能侧移限值［2］ Table 2 Vision2000 suggested structure performance limit values of inter-story drift ratio［2］
性态水平
完全运行
运行
生命安全
接近倒塌
倒塌
建筑总体破坏 容许层间位移角（ % ）
2 国内外试验对性能目标的建议 国内外研究者对钢筋混凝土框架结构基于性能
的 抗 震 设 计 目 标 进 行 了 不 少 研 究，如 周 定 松 等 （ 2005） ［7］、梁兴文等（ 2006） ［8］研究了钢筋 混 凝 土 框 架基于性能抗震设计的性能指标的确定方法； 史庆 轩等（ 2007 ） ［9］、门 进 杰 等 （ 2008 ） ［10］ 提 出 了 钢 筋 混 凝土框架结构基于性能的抗震设计的设防目标和性 能指标。
可忽略 ＜ 0. 2
轻＜ 2. 5
倒塌 ＞ 2. 5
美国 FEMA356［3］ 综 合 考 虑 结 构 各 构 件 的 损 伤 水平，给出了不同性 态 水 准 和 结 构 破 坏 的 层 间 位 移 角限值的关系，见表 3 所示。
表 3 各性能水准对应的容许最大层间位移角［3］ Table 3 Allow maximum inter-story drift ratio
结构类型
弹性层间位移角 弹塑性层间位移角
钢筋混凝土框架
1 /550
1 /50
由 此 可 见，“小 震 ”和“大 震 ”作 用 下 结 构 的 弹 性 和弹塑性层间变形 验 算，规 范 都 给 出 了 具 体 的 量 化 限值，能够 在 实 际 设 计 中 方 便 应 用。 但 是 对 于“中 震可修”，规范只给 出 定 性 描 述，按 照 现 行 规 范 设 计 的结构在“中震”作用下 的 性 能 很 不 明 确，不 能 真 正 实现“中 震 可 修 ”。 在 评 定 某 一 强 度 地 震 作 用 下 的 钢筋混凝土框架结 构 时，还 不 能 确 切 地 判 定 该 房 屋 是 处 于 严 重 破 坏 、中 等 破 坏 还 是 轻 微 破 坏 ，不 能 给 工 程抗震、震后评估以 及 加 固 决 策 提 供 较 准 确 的 数 据 和参考。
corresponding to each performance level［3］
性能水准
立即可居住 生命安全 防止倒塌
结构总体破坏
轻微
中等
严重
容许层间位移角（ % ）
1. 0
2. 0
4. 0
墨西 哥 有 关 学 者 将 性 能 水 准［4］ 划 分 为 3 个 等 级： 可 继 续 使 用、修 复 后 可 再 使 用、保 证 安 全。 美 国 ATC-40［5］将结 构 的 性 能 水 平 分 为 4 个 水 准： 立 即 居 住、损伤控制、生 命 安 全、结 构 稳 定。 欧 洲 规 范 EC8 （ 2003） 将 ［6］ RC 框架结构的性能水平分为限制破 坏 和不倒塌。
国内外规 范 对 结 构 性 能 目 标 有 不 同 的 划 分， 但 基 本 上 都 是 用 可 使 用 性 、居 住 性 表 示 ，并 且 考 虑 能 保 障 生 命 安 全 、结 构 可 有 效 维 修 与 补 强 等 方 面 。 量 化 问 题 的 研 究 ，不 同 国 家 规 范 的 规 定 不 尽 相 同 ， 我 国 抗 震 规 范 未 予 明 确 规 定 。 我 国《建 筑 抗 震 设 计 规 范 》（ GB50011 － 2010 ） ［1］将 结 构 的 性 能 等 级 划 分 为 基 本 完 好 、轻 微 破 坏 、中 等 破 坏 、严 重 破 坏 和 倒 塌 。 美 国 Vision2000［2］ 对 建 筑 物 基 于 性 能 的 抗 震 工 程 中 ，结 构 在 不 同 性 能 水 平 下 的 侧 移 要 求 见表 2 所示。
Abstract： The grading of performance levels and quantitative description of seismic hazard loss are not clear in the current Chinese seismic design code，quantization research about seismic performance target are conducted in this paper． By taking inter-story drift ratio as the performance index，the rules of the performance target about norms and tests at home and abroad，and related experimental results are summarized． The collected thirty three groups test data of RC flames，by the frequency statistic research on drift ratio， quantization indexes of different performance levels of RC frame structure are established． Based on considering the damage level of structural and non-structural components，suggested limit values of inter-story drift ratio corresponding to seismic performance levels are given． Keywords： reinforced concrete frames； inter-story drift ratio； performance target； performance level