基于构件变形的全框支剪力墙结构抗震性能分析_季静.pdf

第 53 卷 第 6 期2023 年 3 月下建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.6Mar.2023DOI:10.19701/j.jzjg.20201688广东省自然科学基金项目(2020A1515010739),广州市科技计划(201904010221)。第一作者:第一作者:季静,博士,教授,主要从事建筑结构抗震研究,Email:cvjingji 。通信作者:通信作者:韩小雷,博士,教授,主要从事高层建筑结构抗震研究,Email:xlhan 。基于构件变形的全框支剪力墙结构抗震性能分析季 静1,2,付 豪2,韩小雷1,2,李 标2,吴梓楠2(1 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室,广州 510640;2 华南理工大学土木与交通学院,广州 510641)摘要:以广州某典型地铁上盖全框支转换项目为基础,参考现行规范中对部分框支剪力墙结构的抗震等级和轴压比限值的要求,设计 9 个全框支剪力墙结构。通过基于构件变形的抗震性能评估方法,研究该结构体系在大震作用下的性能,并给出全框支剪力墙结构的抗震设计的合理化建议。结果表明:9 个全框支剪力墙结构均能满足“小震不坏,大震不倒”的抗震设防要求以及“强转换弱上部”的抗震设计思想;在强震作用下,当转换层上部剪力墙屈服时,转换层及转换层以下部分不屈服,则全框支剪力墙结构的安全性与纯剪力墙结构一样。关键词:全框支剪力墙结构;弹塑性分析;构件变形;性能状态;抗震性能 中图分类号:TU375,TU352.11 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)06-0076-07引用本文 季静,付豪,韩小雷,等.基于构件变形的全框支剪力墙结构抗震性能分析J.建筑结构,2023,53(6):76-82.JI Jing,FU Hao,HAN Xiaolei,et al.Analysis on seismic performance of fully frame-supported shear wall structure based on component deformationJ.Building Structure,2023,53(6):76-82.Analysis on seismic performance of fully frame-supported shear wall structure based on component deformation JI Jing1,2,FU Hao2,HAN Xiaolei1,2,LI Biao2,WU Zinan2(1 State Key Laboratory of Subtropical Building Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China;2 School of Civil Engineering and Transportation,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China)Abstract:Based on the conversion project of fully frame-supported upper cover of a typical subway in Guangzhou,9 fully frame-supported shear wall structures were designed by referring to the requirements of seismic grade and axial compression ratio limit of partial frame-supported shear wall structures in current codes.Through the seismic performance evaluation method based on component deformation,the performance of the structural system under the action of large earthquakes was studied,and the reasonable suggestions for seismic design of fully frame-supported shear wall structures were given.The result shows that the 9 fully frame-supported shear wall structures can meet the seismic fortification requirements of“no damege under minor earthquake,no collapse under large earthquake”and the seismic design concept of“strong transfer and weak upper structure”.Under the action of strong earthquake,when the upper shear wall of the transfer layer yields,the transfer layer and the part below the transfer layer will not yield,then the safety of fully frame-supported shear wall structure is the same as that of pure shear wall structure.Keywords:fully frame-supported shear wall structure;elastoplastic analysis;component deformation;performance status;seismic performance 0引言 随着我国城市化进程加快和建筑科技的进步,城市建设中各种新型高层建筑结构体系层出不穷1,近年地铁车辆段上盖出现了全框支剪力墙结构,工程界对其安全性持有保守态度,现行规范中也没有此结构形式,首层层高较大导致刚度突变和不允许剪力墙落地成为全框支剪力墙结构设计的两大难点。本文采用基于构件性能的评估方法,详尽阐述 9 个不同高度、不同抗震设防烈度设计下的全框支剪力墙结构在大震作用下的弹塑性层间位移角、楼层剪力、倾覆力矩以及各构件性能状态的分布规律,评估结构在大震作用下的损伤状况,为此类结构设计提供理论依据2。1基于构件性能的评估方法 基于构件性能的结构抗震评估方法可以定量反映构件的破坏程度和破坏位置,通过建立构件损第 53 卷 第 6 期季 静,等.基于构件变形的全框支剪力墙结构抗震性能分析伤和结构损伤的关系,直观准确地评估结构的安全性。国内外学者一直致力于该方面的研究,并取得了一系列研究成果3-5。文献6通过大量的试验回归和数值模拟,得到了一整套完整的钢筋混凝土梁、柱、剪力墙在不同性能水准下的构件性能指标。对于弯曲破坏和弯剪破坏的 RC 构件,采用正截面变形复核,正截面按损坏程度划分为 7 个性能水准:“完好”、“轻微损坏”、“轻度损坏”、“中度损坏”、“比较严重损坏”、“严重损坏”和“失效”;而剪切破坏的构件,还需进行斜截面承载力复核,共包含 5 个性能水准:“弹性”、“不屈服”、“极限”、“满足最小截面”、“截面超限”。采用上述研究成果编制的设计标准建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程(DBJ/T 15-1512019)7(简称性能规程)对全框支剪力墙结构在大震作用下的安全性进行了全面评估。2结构模型的建立2.1 模型设计 以广州某地铁上盖全框支剪力墙结构为工程背景,结合现行规范根据不同抗震设防烈度、不同建筑高度设计 9 个全框支剪力墙结构,模型设计参数如表 1 所示。表 1 模型设计参数模型编号抗震设防烈度结构高度/m结构层数7-1207 度(0.10g)120367-1507 度(0.10g)150467-1807 度(0.10g)180568-1208 度(0.20g)120368-1508 度(0.20g)150468-1808 度(0.20g)180568.5-1208.5 度(0.30g)120368.5-1508.5 度(0.30g)150468.5-1808.5 度(0.30g)18056 注:模型编号 7-120 中 7 表示抗震设防烈度,120 表示结构高度为 120m,余同;括号内数值表示设计基本地震加速度值。图 1 结构平面与立面布置简图结构转换层在第 2 层,转换层以下为框支框架,转换层以上为剪力墙。首层层高 10.0m,2 层层高5.5m,3 层层高 6m,其余楼层层高 3m,结构布置简图如图 1 所示。框支柱采用普通钢筋混凝土结构,转换梁采用型钢混凝土结构。构件对应的截面如表 2 所示,其中转换梁采用工字形钢梁。表 2 结构各构件截面设计构件截面尺寸/mm混凝土强度等级框支柱2 0002 0002 3002 300C55C60框支梁1 2002 700502 200800502 5002 700502 2001 20050C55C60剪力墙200500C30C60连梁连梁宽度同剪力墙厚度相同;连梁高度 400600C30C60为了使分析模型更加具有代表性,且贴近工程实际,本文按照 地铁设计规范(GB 501572013)8、建筑抗震设计规范(GB 500112010)(2016 年版)9、高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ 32010)10(简称高规)等规范、规程的要求进行设计、建模,并考虑以下原则。(1)参考已建地铁上盖建筑和工程经验,采用上盖开发项目的结构布置,设置框支柱柱距和层高,无地下室垂直轨道的柱距为 12.8m,平行轨道的柱距为 9.0m。(2)为了使模型贴近工程实际,按照建筑结构荷载规范(GB 500092012)11施加结构荷载,见表 3。(3)为了降低风荷载的影响,保证地震作用起主要 的 控 制 作 用,所 有 模 型 的 基 本 风 压 统 一取 0.50kN/m2。(4)规范中尚未有全框支剪力墙结构这种结构形式,因此全框支剪力墙结构参照高规中部分框支剪力墙的抗震等级和轴压比限值要求,对结构进行设计,不考虑建筑高度对抗震等级的影响,放松建筑高度的限制。结构抗震等级和轴压比限值见表 4。框支柱和剪力墙的截面由轴压比限值控制,保证结构的弹性层间位移角和轴压比贴近规范限77建 筑 结 构2023 年值,竖向构件截面和混凝土等级随着楼层高度的增加逐段递减,贴近工程实际。表 3 结构荷载位置活载/kPa附加恒载/kPa卫生间4.05.5客厅、卧室、厨房2.01.5阳台2.51.5消防楼梯3.51.5电梯厅、前室、走廊3.51.5车库4.02.5上人屋面2.03.5不上人屋面0.53.5表 4 结构抗震等级和轴压比限值构件类型抗震等级轴压比限值7 度8 度8.5 度7 度8 度8.5 度剪力墙二级二级一级0.60.60.5剪力墙(底部加强区)一级一级特一级0.50.50.5框架一级一级特一级0.60.60.62.2 地震波选择 采用 5 条天然波(GM1 GM5)和 2 条人工波(GM6、GM7)进行结构时程分析。表 5 为各地震波下,模型 7-120 的弹性时程分析与 CQC 法计算得到的基底剪力对比。由表可得,单个时程分析计算的基底剪力结果与 CQC 法结果的误差小于 35%,时程分析的基底剪力结果的平均值与 CQC 法结果的误差小于 10%。其余 8 个模型也都满足上述要求。表 5 模型 F120 结构基底剪力对比地震作用X 向Y 向基底剪力/kN与 CQC 法结果的比值基底剪力