钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法

均为 1 /175左右 。从查阅的相关研究文献来看 ,中震可修的
结构层间位移角或屋顶侧移率极限在 1 /220～1 /100。基于
以上的比较和分析 ,再对比中国的抗震规范 , 考虑我国结构
安全度普遍比国外低的事实 [ 6, 7, 8 ] , RC框架中震可修水准的
层间位移角限值定在 1 /150为宜 ,比国外平均水平略低 ,这
第 26卷 第 2期 2006年 4月
地 震 工 程 与 工 程 振 动
EARTHQUAKE ENGINEER ING AND ENGINEER ING V IBRATION
文章编号 : 100021301 (2006) 0220013207
Vol. 26, No. 2 Ap r. 2006
1 /200 1 /100 1 /300～1 /200 1 /167～1 /100 1 /240 1 /250～1 /167 1 /300
1. 3 中震可修层间位移标准的相关研究
国外研究基于性能的抗震设计较早 ,在确定可修标准的层间变形方面作了大量实验和分析 ,通过增量动
力分析建立了比较全面的结构变形 、地震强度 (地面运动加速度 ) 、结构损伤以及结构可靠性概率间的关
2期
蔡 健等 :钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法
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的损坏 ,基于此目的 ,文献 [ 1 ]研究分析后认为框架柱变形可修水准的塑性转动角为 0. 01,框架梁 01015;文
献 [ 4 ]认为 RC框架在中震时结构己进入屈服 ,但不是全面地发生塑性变形 ,结构的屈服位移近似为弹性极
限 ,略低于中震下的结构位移变形 ,而顶点屈服位移为小震下弹性位移的 2. 5 ～2. 7 倍 ,大约为建筑高度的
中图分类号 : P315. 95 文献标识码 : A
Repa irable level under m odera te earthquake action and se ism ic design m ethod for RC fram e bu ild ings
Cai J ian, Zhou J ing, Fang Xiaodan
引言
基于承载力的抗震设计理论不能有效地控制地震对社会所带来的经济损失 ,地震工程和结构工程专家 经过对历次震害的总结后 ,改进基于承载力的设计方法提出了基于性能的抗震设计理论 。基于性能的抗震 设计理论为实现结构不同性能水准 ,需要不断地迭代来寻求结构强度 、刚度 、延性需求的合理统一 ,现阶段还 不具有实际应用的可能 。结构的位移能体现结构在地震作用下的性能水准 ,因此基于位移的抗震设计是目
研究和国外相同或相近设防水准的规范出发 ,以层间位移角为性能指标 ,比较确定钢筋混凝土框架结构中震
可修标准 。
1. 1 结构的层间位移分量
钢筋混凝土框架结构的层间位移角是楼层梁 、柱 、节点弹塑性变形的综合结果 ,而影响结构层间位移角
的因素很多 ,包括梁柱的相对强弱关系 、配箍率 、轴压比 、剪跨比 、混凝土强度等级 、配筋率等 ,其中轴压比和
式中第 2项表示层间位移是层位移差扣除整体弯曲产生的水平位移后的值 ,对剪切型结构取 φ = 0。
1. 2 国外抗震规范层间位移角验算限值
各国抗震规范层间位移角限值的相关规定并
表 1 中等强度地震作用下 RC框架层间位移角限值
没有严格的对应关系 ,而且各国抗震规范中地震 作用取值 、荷载分项系数 、材料强度取值以及计算
收稿日期 : 2005- 03- 20; 修订日期 : 2005- 06- 30 基金项目 :广东省自然科学基金项目 (020965) 作者简介 :蔡 健 (1959- ) ,男 ,教授 ,主要从事钢 -混组合结构 、钢筋混凝土结构和工程抗震研究.
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地 震 工 程 与 工 程 振 动 26卷
前实现基于性能设计的有效途径 。然而 ,在工程实践中完全抛开基于承载力的抗震设计方法而采用基于位 移的抗震设计方法在实施上还有许多困难 。为了实现基于位移设计的目标 ,可以综合 2种设计方法的优势 分阶段设计 ,首先用基于承载力的设计方法确定地震作用下的结构需求 ,然后验算结构不同抗震性能水准下 量化的变形 。我国抗震规范是基于承载力的抗震设计方法 ,并验算多遇地震作用下弹性变形和罕遇地震作 用下薄弱层弹塑性变形 ,但规范在“中震可修 ”水准上没有一个明确的限定 ,因此确立一个量化的可修标准 作为抗震设计的性能目标十分必要 。本文在分析国外相近标准和国内外相关研究的基础上 ,讨论了适合我 国抗震设计的中震可修标准 ,并初步说明了用承载力形式实现不同性能位移要求的简化抗震设计方法 。
配箍率是最主要的因素 。钢筋混凝土框架由于构件变形产生的层间位移主要由如下几个部分组成 : ( 1)梁
柱弯曲变形引起的层间位移 u1 ,层间位移的主要成分 , 结构体系侧移呈剪切型曲线 ; ( 2)柱轴向变形引起的
层间位移 u2 ,结构体系侧移呈弯曲型曲线 ; ( 3)结构平面不对称引起的扭转效应和重力二阶 ( P - Δ)效应所
也与目前我国的经济条件相符合 。结合抗震规范中弹性层
间位移角限值 1 /550和弹塑性层间位移角限值 1 /50可以确
定抗震设防三目标“不坏 、可修和不倒 ”对应的层间位移控
制区段如图 1。在“不坏 ”和“可修 ”之间可以进一步细分轻
微破坏和中等破坏 2 种损伤程度 ,对应的层间位移角可定
为 1 /300。而在 1 /150 ～1 /50 之间 ,结构变形过大 ,结构破
Table 1 A llowable inter2storey drift ratio of repairable level under moderate earthquake action for RC frame structure
公式的精度等方面都存在差别 ,因此这里中震可 修标准的比较是一定程度上的近似对比或经过换 算后具有相同或相近意义的比较 。考虑地震危险 性与中国规范设防烈度地震 50年超越概率 10% 重现期 475年相同或相近 ,各国规范中直接或由 换算得到的钢筋混凝土框架可修标准的层间位移 角限值如表 1。
(Department of Civil Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)
Abstract: This paper compares the inter2storey drift ratio of the repairable level under moderate earthquake actions of the rep resentative seism ic design p rovisions for reinforced concrete (RC) frame structures, and domestic and o2 verseas correlative researches are discussed. An allowable inter2storey drift ratio and roof drift ratio of repairable level is p roposed for seism ic design, and a simp le seism ic design p rocedure based on carrying capacity is discussed corresponding to the allowable inter2storey drift ratio. Finally, numerical examp les are exam ined. The results indi2 cate that the allowable inter2storey drift can effectively control the dam age level under moderate earthquake actions. The safety factor of beam s and columns for the simp le seism ic design method is p relim inarily brought forward through comparing w ith conventional design, and the seism ic fortification criterion is taken into account. Key words: RC frame; repairable level under moderate earthquake action; seism ic design; safety factor
钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法
蔡 健 , 周 靖 , 方小丹
(华南理工大学 建筑学院 ,广东 广州 510640)
摘要 :本文对国际上主要建筑抗震设计规范中钢筋混凝土框架可修水准的层间位移角限值进行了比 较 ,讨论了国内的一些相关研究结果 ,结合中国抗震规范确定钢筋混凝土框架中震可修层间位移角限 值和屋顶侧移率限值分别为 1 /150和 1 /200。采用安全系数的抗震设计表达 、论述了对应于结构层 间位移角基于承载力的简化抗震设计方法 。最后用实例按反应谱分析和弹性时程分析验证了钢筋混 凝土框架中震可修层间位移角限值的有效控制作用 ,初步确定了简化抗震设计方法中梁柱构件的抗 震安全系数并分析了提高目前结构抗震安全度的措施 。 关键词 :钢筋混凝土框架 ; 中震可修 ; 抗震设计 ;安全系数
设计规范
超越概率 ( % ) / 基准期 (年 ) /重现期 (年 )
日本
B SL
A IJ
10 /50 /500
UBC97 美国 NEHRP2000
10 /50 /500
欧洲 澳洲
A IC318 - 02 EC8 2000
AS /NZS 2003
10 /10 /92 10 /50 /475
层间位移角限值
1 /180～1 /220。文献 [ 5 ]分析了结构层间位移与结构刚度退化以及破坏损失之间的关系 ,确定的中等可修
标准层间位移为 1 /150,对应结构刚度退化率为 55%。
1. 4 建议的中震可修层间位移角限值
从国外抗震规范比较来看 ,对应或近似于中国抗震规
范第二设防水准的层间位移角限值在 1 /300 ～1 /100 间 ,平
极限 ,进入非弹性变形阶段 ,但结构弹塑性变形被控制在有限范围内 ,震后残留的永久变形不大 ,结构体系保
持完好 。根据震害经验 ,宏观描述为受拉钢筋屈服 ,框架柱混凝土保护层局部剥落 ,箍筋弯钩锚固完好 ,核心
区混凝土保持原有强度 ,剪切裂缝及节点裂缝宽小于 2mm ,残留变形小于 1 /400[1 ] 。以下从国内外一些相关
系 [ 2, 3 ] ,由于采用的设计标准不同 ,试验以及分析的结果不一样 ,这里不作介绍 。国内研究结构变形主要集
中在小震作用下的弹性变形和罕遇地震作用下的弹塑性极限变形 ,中震作用下可修水准变形研究不多 。对
于可修层间位移标准 ,除了从整体上控制层间位移外 ,还需控制单个构件因塑性变形转动过大产生无法修复
产生的层间位移 u3; ( 4)结构整体弯曲变形引起的层间位移 u4 。综合各位移成分计算层间位移角为 :
∑ θ =
uij
δ
=j
-
δ j- 1
源自文库- φhj- 1
(1)
hj
hj
式中 ,θ为层间位移角 ; uij为 j楼层的各位移成分 ; hj 为层高 ;δj 为楼层侧向位移 ;φ为结构整体弯曲变形角 ;
1 中震可修层间位移标准
中震作用下结构的层间变形限值多大为宜 ,主要涉及 2个问题 : 1是抗震投资 ; 2是对于不同的结构层间
位移角的大小与结构破坏程度之间需要有明确的量化对应关系 。前者与国情有关 ,后者需要做大量的研究
以及震害调查 。参考国外抗震设防目标的相关规定 ,结构破坏可修原则可以定义为结构部分构件越过屈服
图 1 抗震设防水准变形控制