基于非线性动力分析的框-筒结构抗震规定及节点抗剪设计方法的验证

摘要

到目前为止，我国《建筑抗震设计规范》和《混凝土结构设计规范》所规定的抗震措施是在国内外震害经验、结构及构件抗震性能试验以及我国结构设计经验的基础上参考国外设计规范已有规定制定的，至今未进行过多波输入下的非线性动力反应分析验证。为了给进行这类验证创造必要的前提条件，本学科点自1998年起开始非线性动力反应分析软件系统的编制。到目前为止已经完成了可以进行框架结构、框架－剪力墙结构及框架－核心筒结构拟三维非线性动力反应分析程序TS－EPA的编制和校核工作。在本论文工作之前，本学科点已利用该程序完成了处于不同设防烈度区的各类典型多层多跨框架结构的系列非线性动力反应分析工作。 在教育部博士学科点专项基金项目支持下，本文完成了下列研究工作：1、严格按照我国规范9度区的设计规定设计了一个15层和一个20层框架－核心筒结构，通过各六条地震波（5条天然波和一条人工波）输入对所设计框架－核心筒结构完成了罕遇地震下的拟三维非线性动力反应分析，对结构各组成部分的反应状况进行了较细致的分析整理，对我国设计规范相应抗震设计方法及抗震措施的有效性进行了初步检验；2、从已完成的多层多跨典型框架结构分析结果中选择若干有代表性的分析结果，对其中各节点梁柱组合体单元在罕遇地震下的位移延性需求进行了识别；与此同时，根据已经收集到的国内外试验结果检验了我国设计规范抗震钢筋混凝土框架节点抗剪设计方法所能保证的梁柱组合体位移延性能力，并对罕遇地震下的位移延性需求与设计公式所能保证的位移延性能力进行了对比。 通过上述分析验算可得出下列初步结论：1、在所验算的9度区罕遇地震下的两个框架－核心筒典型结构中，剪力墙洞口连梁是首先进入屈服并通过交替塑性变形耗散地震能量的重要构件，需要一定的延性能力。因此，对洞口连梁的抗震抗剪性能和延性能力必须通过更为有效的设计方法予以保证。2、目前我国设计界为了保证洞口连梁基本延性能力而采取的控制剪力上限的设计方法以及由此而经常不得不采用的对洞口连梁刚度进行先期折减或对其设计抗弯能力进行折减的做法有可能导致对洞口连梁延性的更高要求。我国现行设计方法能否满足这种要求尚有待通过进一步的对比分析予以确认。3、在本论文所分析的两个典型结构中，虽然核心筒壁底部截面的配筋仍按计算确定，但因其它多种原因核心筒壁在罕遇地震下仍未进入屈服。这导致与筒壁相连的框架部分以及与筒壁平行工作的框架部分均只有少部分梁端进入屈服，柱截面均未屈服。这表明在与本论文典型结构相近的9度区框架－核心筒结构中，框架部分的抗震等级仍有可能降低一级使用。至于剪力墙屈服后框架部分是否有可能作为第二道防线发挥其抗震作用，则有待通过更进一步的非线性动力反应分析工作查明。4、对现行《混凝土结构设计规范》及《建筑抗震设计规范》对抗震框架节点抗剪设计方法的有效性检验表明，按现行规范对9度区抗震节点的规定所设计的节点能提供足够的抗剪能力，以保证节点在罕遇地震下不致先期发生剪切失效。8度区的有关规定则相对较弱，似有必要进一步适度加强。