钢筋混凝土框架结构抗震评估的新方法

第２９卷第１期　２００７年２月　工程抗震与加固改ｊ毫　Ｖｏ１．２９．Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２Ｏ０７　Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ　【文章编号］１００２．８４１２｛２００７）Ｏ１．０１０３．０３　钢筋混凝土框架结构抗震评估的新方法　闫熙臣，高小旺（北京工业大学建筑工程学院，北京１０００２２）　［摘要】本文阐述了基于Ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析的抗震评估方法，提出使用层间位移角以及结构在大震下的塑性铰转角来评估框　架结构的抗震性能，给出了新的抗震性能评估的步骤。使用本文所推荐的方法对一实际工程进行了抗震性能评估，并且与现　行建筑抗震鉴定标准所推荐的方法对比，结论一致。结果表明，该方法从结构整体性能分析出发，可以快速有效地评估结构　的抗震性能，该方法也可以为结构加固后的抗震性能评估奠定基础。　［关键词】钢筋混凝土框架；抗震评估；层间位移角；塑性铰转角　［中图分类号】ＴＵ３７５．４　［文献标识码】Ａ　．　＼　Ａ　Ｎｅｗ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｆｒａｍｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｙａｎ肚ｃｈｅｎ。Ｇａｏ　Ｘｉａｏ－ｗａｎｇ　（　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｃｉｖｉｌ　，雠咖，Ｂｅ￣ｉｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅ￣，ｉｎｇ　１０００２２，Ｃｈ／ｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｐｕｓｈ—ｏｖｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｔｏｒｙ　ｄｒｉｆｔ　ａｎｄ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｈｉｎｇｅ　ｃｏｒｎｅｒ　ａｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ．ｉｔ　Ｃａｒｌ　ｃｌｅａｒｌｙ　ｂｅ　ｓｅｅｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ａｎｄ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｏｖｅｒａｌｌ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｆｌ￣ｆｆｌｅ　ｔｉｍｅ．ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｔｏ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｄｖｉｓｅｄ　ｂｙ　Ｃｏｄｅ　ｏｆ　Ｓｅｉｓｍｉｃ　Ａｐｐｒａｉｅｒ　ｏｆ　Ｂｕｉｌｓｄｉｎｇｓ．・　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｉｆｏｒｎｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ；ｓｅｉｓｍｉｃ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；ｓｔｏｒｙ　ｄｒｉｔ；ｐｌａｓｔｆｉｃ　ｈｉｎｇｅ　ｃｏｒｎｅｒ　１前言　所以，采用层间位移角作为钢筋混凝土框架结构的　抗震性能评估指标是合适的。　结构的整体倒塌或局部倒塌，往往是由于个别　Ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析在提出基于性能的抗震设计之后　得到迅速的发展，其中针对既有建筑的抗震性能评　估是其重要的应用。我国大部分地区均处于地震　区，并且由于我国的建筑抗震设计规范经历了从无　到有，之后又经过几次修订，抗震设防标准不断提　高，因此，对建造于地震区的建筑，快速而又科学地　评估结构的抗震性能具有重要的现实意义。　２评估指标、标准和步骤　２．１评估指标　主要抗侧力构件在强烈地震下的最大变形超过其极　限变形能力所造成的。因此，弹塑性变形验算的变　形限值，除了层间位移角限值外，尚应规定那些弯曲　起控制作用的构件的截面塑性铰转角限值，以避免　个别构件的塑性铰过大而引起结构的局部倒塌。　大量的震害和工程实例分析结果表明，结构在　强烈地震作用下总是最薄弱楼层率先屈服，弹塑性　试验研究表明，层间位移角能够反映钢筋混凝　变形发展并产生变形集中的现象，判断结构的整体　抗震安全性主要是检验薄弱楼层的层间弹塑性位移　是否在变形能力允许的范围内。层间强度屈服系数　土框架结构层间各构件变形的综合结果和层高的影　响，而且与结构的破坏程度有较好的相关性。在框　架体系之类的剪切型结构中，各楼层的层间侧移基　本上是相互独立的。文献［１］对一批工程实例的弹　塑性地震反应计算表明，最危险楼层的层间最大位　反映该层的抗震能力水平，反映了可能进入弹塑性　状态的程度，是一个既能够反映结构强度又能体现　结构弹塑性反应特点的较好的衡量指标。　２．２评估标准　移角，一般均大于同一楼层中最危险杆件的位移角。　［收稿日期】２００６．１１－２５　文献［２］根据各国规范容许变形的取值以及国　内外的试验资料和震害经验，对于钢筋混凝土结构，　维普资讯 http://www.cqvip.com

・１０４・　工程抗震与加固改造　２０ｏ７年２月　层间容许变形值如表１所示。文献［３］对六个弱梁　型梁柱组合件试验测得的塑性铰转角分布区间为　［０．０１９，０．０３３］，其最小值为０．０２６，平均值为　０．０２９６，并且考虑一定的安全储备，给出了框架柱端　的极限塑性铰转动角限值，如表２所示。文献［４］在　综合分析的基础上提出了层间强度屈服系数对应的　破坏标准，如表３所示。　衰１层间位移与层高的限制比值　结构类型　限制非结构　限制结构　限制结构　较大损坏　中等破坏　极限破坏　框架及填充墙框架　１／５００　１／２００，１／１５０①　１／１００．１／５ｏ。　框架抗震墙及抗震墙　１／５００　１／３００，１／２５０￣　１／２００，１／１００￣　注：①框架柱全截面主筋率不少于２．０％时取上限值；②框架　柱剪跨比不小于２且箍筋约束作用良好时取上限值；③抗震　墙抗剪强度与抗弯强度的比值不小于１．１时取上限值。　衰２框架结构粱和柱的塑性铰转动角限值（Ｐａｄ）　框架柱　框架梁　构造情况　性能水平　构造情况　性能水平　Ｎ／Ａ３＂ｏ　箍筋　可修　不倒塌　』Ｉｆ／　０　箍筋　可修　不倒塌　一般　０．０２０　一般　０．Ｏ２５　≤Ｏ．４　２—３　特殊　０．０２５　特殊　０．０３０　０．０ｔ０　０．０１５　一般　０．０１０　一般　０．０３０　０．８—０．９　＞４　特殊　０．０１５　特殊　０．０３５　＞０．９　特殊　０．０ｏ５　０．０１０　≤２　斜向　０．ｏｏ８　０．０１５　注：①“一般”，对柱是指按规范构造，对梁是指按抗震等级　三、四级的构造；②“特殊”，对柱是指按规范上限且全长加密　或采用螺旋箍筋等特殊措施；③表中数据允许线形插值。　表３不同破坏状态的８值范围　破坏状态　基本完好　轻徽破坏　中等破坏　严重破坏　倒塌　袅值的范围　击≥Ｏ．８　０．８＞矗≥Ｏ．５　０．５＞毫≥Ｏ．３５　０．３５＞毫≥Ｏ．２　＜０．２　２．３评估步骤　评估步骤参见图１所示流程图。　３工程应用　３．１工程概况　建于２０世纪５０年代的某四层现浇框架结构，　采用外挂墙板和轻质内隔墙，框架下部有箱形地下　室，平面布置如图２所示。梁、柱采用Ｃ１３混凝土，　该工程位于９度设防区，Ⅱ类场地，设计地震分组为　第一组。　图１评估流程　图２结构平面图　３。２现行建筑抗震鉴定标准　鉴定结果　３．２．１第一级鉴定　（１）该工程平立面规则，无砌体结构相连，为纯　钢筋混凝土框架结构，无女儿墙和填充墙等易倒塌　构件，原设计未考虑抗震。　（２）梁、柱及其节点经４０余年使用，有局部剥　落、开裂现象，尚未发现钢筋露筋、锈蚀等情况，主体　结构明显倾斜。　（３）地基为砂质黏土，未发现不均匀沉降，基础　为兼做地下室的箱形基础，原地基承载力为１５ｔ／ｍ２　（１５ＯｋＰａ）。　（４）结构各部位构造，详见文献［６］。　本工程不符合第一级鉴定要求，需要进行第二　级鉴定。　３．２．２第二级鉴定　楼层横向综合抗震能力指数均小于１．０（楼层　纵向抗震能力指数计算从略），不符合第二级鉴定的　要求，应采取加固或其他相应措施。　３．３本文建议方法的评估结果　维普资讯 http://www.cqvip.com

第２９卷第１期　闫熙臣，等：钢筋混凝土框架结构抗震评估的新方法　・１０５・　Ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ分析表明，本结构的层间位移角沿楼　层的分布如图３所示，其中大震作用下最大值为　０．００８８１４（１／１１３），小于１／１００；中震作用下最大值为　０．００６１９４（１／１６１），介于１／１５０与１／２００之间；小震作　用下最大值为０．００２３５８（１／４２４），大于１／５００。虽然　Ｐｕｓｈ．ｏｖｅｒ法分析结果表明，大震下结构的层间位移　求；小震下的最大层间位移角大于本文所推荐的标　准，同样不满足“小震不坏”。因此，不需要进一步计　算塑性铰转角，判定结构的抗震性能不满足。　角小于本文推荐的标准，但是从结构在大震下塑性　铰的分布图（图４）上看，结构在底层的柱底端全部　形成塑性铰，并且结构在梁端多处形成塑性铰，结构　已成为机构，失去继续承载的能力。结构在中震作　用下，楼层位移角介于本文所推荐的标准之内，结合　０　０．００２　０．００４　０．００６　０．００８　０．０ｌ　本工程的实际情况，使用的轻质隔墙，无填充墙，故　而建议使用１／２００，即结构不能满足“中震可修”的要　图３层间位移角分布图　（ａ）小震作用下塑性铰分布图　（ｂ）中震作用下塑性铰分布图　（ｃ）大震作用下塑性铰分布图　图４塑性铰分布图　层间屈服强度系数的计算结果如表４所示。计　算中假定结构是强梁弱柱类型　。　表４层间屈服强度系数的计算结果　楼层　Ｑ　（ｉ）（ｋＮ）　Ｑ　（ｉ）（ｋＮ）　￡　结论　的进一步评估。　参考文献：　［１］　魏琏．高层及多层钢筋混凝土建筑抗震设计手册［Ｍ］．　地震出版社，１９９０　４　３　２　１　２３５．８３　４６ｏ．８３　６１６．２５　７０ｒ７．９２　３ｌ１．９６　３４４．７８　３７３．３１　３７７．７２　１．３２　Ｏ．７５　Ｏ．６１　Ｏ．５３　基本完好　轻微破坏　轻微破坏　轻微破坏　［２］李培林．建筑抗震与结构选型构造［Ｍ］．中国建筑工　业出版社，１９９０　’　［３］　吕西林，王亚勇，郭子雄．建筑结构抗震变形验算［Ｊ］．　建筑科学，２００２，１８（１）　［４］　高小旺，钟益村，陈德彬．钢筋混凝土框架房屋震害预　测方法［Ｊ］．建筑科学，１９８９，（１）　［５］ＧＢ５００２３．９５，建筑抗震鉴定标准［Ｓ］．中国建筑工业出版　社。１９９５　各指标均显示结构会有不同程度的破坏，因此　建议对结构进行全面加固。　４结论　本文所建议钢筋混凝土框架结构抗震性能评估　方法，结论与现行《建筑抗震鉴定标准》（ＧＢ　５００２３．　９５）中所建议的经验法评估结论一致，并且该方法是　以结构整体进行分析的，易于发现结构的实际薄弱　部位和构件，并且还可以作为加固后结构抗震性能　［６］李国胜．建筑结构裂缝及加层加固疑难问题的处理一　附实例［Ｍ］．中国建筑工业出版社，２０Ｏ６　［７］　中国建筑科学研究院，钢筋混凝土框架结构抗震鉴定　和加固方法研究［Ｒ］．１９８８　［作者简介］闫熙臣（１９８１　），男，硕士研究生，研究方向为结构抗震性能评估、鉴定，ｘｉｅｈｅｎｙａｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｎｒ