基于构件的结构抗震性能评估平台开发及工程应用_季静.pdf

第 53 卷 第 6 期2023 年 3 月下建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.6Mar.2023 DOI:10.19701/j.jzjg.20201610 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 。基于构件的结构抗震性能评估平台开发及工程应用季 静1,2,欧子健1,吴梓楠1,郑振光1,韩小雷1,2(1 华南理工大学土木与交通学院,广州 510640;2 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室,广州 510640)摘要:广东省标准建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程(DBJ/T 15-1512019)提出一套与我国抗震规范体系接轨的基于构件的钢筋混凝土结构抗震性能设计方法:小震构件承载力设计,大震构件承载力和变形复核。以AutoCAD 为基础开发基于构件的结构抗震性能评估 BIM 平台 PBSD,该平台深度融入建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程(DBJ/T 15-1512019),对强震作用下构件的承载力、变形及损伤程度进行评估,从构件层次反映结构整体抗震性能。最后利用该平台对某超高层结构进行抗震性能评估,分析结构在罕遇地震作用下的损伤程度,揭示结构的屈服机制,充分论证该超高层结构的安全性。关键词:抗震性能评估;钢筋混凝土结构;BIM 平台;构件变形;屈服机制 中图分类号:TU375 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)06-0083-07引用本文 季静,欧子健,吴梓楠,等.基于构件的结构抗震性能评估平台开发及工程应用J.建筑结构,2023,53(6):83-89.JI Jing,OU Zijian,WU Zinan,et al.Development and engineering application of component-based seismic performance evaluation platformJ.Building Structure,2023,53(6):83-89.Development and engineering application of component-based seismic performance evaluation platform JI Jing1,2,OU Zijian1,WU Zinan1,ZHENG Zhenguang1,HAN Xiaolei1,2(1 School of Civil Engineering and Transportation,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China;2 State Key Laboratory of Subtropical Building Science,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China)Abstract:A component-based performance-based seismic design method of reinforced concrete structures in line with Chinese seismic code system is proposed in Guangdong provincial standard Specification for performance-based seismic design of reinforced concrete building structure(DBJ/T 15-1512019):component bearing capacity design under frequently earthquake,bearing capacity and deformation check under rare earthquake.A component-based seismic performance evaluation BIM platform PBSD was developed based on AutoCAD,which is deeply integrated into Specification for performance-based seismic design of reinforced concrete building structure(DBJ/T 15-1512019)to evaluate the bearing capacity,deformation and damage of components under strong earthquakes and reflect the overall seismic performance of the structure from the component level.Finally,by using this platform to evaluate the seismic performance of a high-rise structure,the damage of the structure under rare earthquakes was analyzed and the yield mechanism of the structure was revealed,which fully demonstrates the safety of the high-rise structure.Keywords:seismic performance evaluation;reinforced concrete structure;BIM platform;component deformation;yield mechanism 0引言 建筑抗震设计规范(GB 500112010)1(简称抗规)采用“三水准,两阶段”的抗震设计方法,通过控制结构在大震作用下的最大层间位移角,防止结构失效。Sharma2和 Lu3等对以往的震害进行调查发现,同一层不同轴压比的柱表现出不同的破坏形态和损伤程度,这表明层间位移角无法准确反映构件的受力变形及损伤程度。量化构件损伤程度是准确反映结构损伤程度的必经之路,研究学者一般通过基于变形4及基于能量5-6的性能评估方法量化构件损伤。韩小雷等7-10建立了一套适用于中国设计规范的基于构件变形的钢筋混凝土结构抗震性能评估体系:通过试验回归及有限元分析,获得了梁、柱、剪力墙构件的破坏形态划分准则以及在不同性能水准下的变形指标限值和相对应的损伤程度。该建 筑 结 构2023 年基于构件变形的抗震性能评估体系现已被纳入广东省标准建筑工程混凝土结构抗震性能设计规程(DBJ/T 15-1512019)11(简称广东省性能设计规程),并在框架结构、框剪结构、框支剪力墙结构等不同结构体系的结构抗震中得到运用。利用构件变形指标成果,韩小雷等7提出了一套基于构件的结构抗震性能设计方法:在沿用现行规范小震承载力设计和构造措施的基础上,在大震作用下提出了构件层次的抗震性能复核要求。通过构件正截面复核(承载力或变形复核)及斜截面承载力复核相结合的方式判断结构在大震作用下是否可以满足性能水准需求。本文为实现上述对构件在大震作用下进行性能复核的要求,在 AutoCAD 的基础上开发了基于构件的结构抗震性能评估 BIM 平台 PBSD。利用该平台对结构弹塑性计算结果进行分析,依据广东省性能设计规程对构件在大震作用下乃至结构失效时的损伤程度进行评估,并依此判断结构能否达到预设的性能目标以及是否具有合理的屈服机制。1基于 BIM 的构件性能评估平台PBSD 是 在AutoCAD 的 基 础 上 利 用ObjectARX 开发包12开发的适用于复杂建筑结构抗震性能评估的 BIM 平台,可紧密结合广东省性能设计规程 提出的抗震性能设计方法,高效复核构件性能。平台建立了应用于构件性能评估的三维界面,其主界面见图 1。平台搭建了构件模型与构件分析结果间联系的桥梁,实现了构件性能评估的可视化。如图 2 所示,平台以实体对象表示结构中的构件,各实体对象存储了构件的小震弹性设计结果和大震弹塑性分析结果。对 BIM 平台中的构件实体数据进行解析,可通过三维界面准确、直观地反映构件在地震动作用下的损伤情况。2平台对构件性能评估的实现方法2.1 广东省性能设计规程性能设计方法简介 广东省性能设计规程在国家现行规范的基础上,细化和量化了大震作用下的结构抗震设计方法,提供了一个可选择的、多目标的、基于性能的建筑结构抗震分析和设计方法,其主要步骤包括:(1)根据建筑物的重要性或使用要求,从宏观的角度设定建筑结构的抗震性能目标,通常从高到低分为 A、B、C、D 四个等级。(2)根据抗震性能目标确定不同重现期地震作用下的抗震性能水准,抗震性能水准从高到低可分图 1 BIM 平台主界面图图 2 实体对象储存构件分析结果为 1、2、3、4、5 五个等级。广东省性能设计规程规定的与抗震性能目标对应的最低抗震性能水准如表 1 所示。(3)广东省性能设计规程提出了不同性能水准下的构件设计方法,分为承载力设计和变形复核,见表 2。根据性能水准确定结构构件的承载力需求和变形需求。表 1 抗震性能目标对应的最低抗震性能水准地震水准性能目标ABCD小震1111大震2345正截面承载力设计方法包括弹性设计、不屈服设计、极限设计;斜截面承载力设计方法包括弹性设计、不屈服设计、极限设计、最小截面设计。变形复核中,将构件的性能状态划分为无损坏、轻微损坏、轻度损坏、中度损坏、较严重损坏、严48第 53 卷 第 6 期季 静,等.基于构件的结构抗震性能评估平台开发及工程应用重损坏及失效 7 个性能水准,并提出对应的 6 个构件弹塑性位移角限值。B1B6、C1C6、SW1SW6分别表示梁、柱、剪力墙在对应构件性能水准下的最大位移角限值。表 2 构件设计方法性能水准截面类型关键构件普通竖向构件及重要水平构件耗能构件1正截面弹性设计弹性设计弹性设计斜截面弹性设计弹性设计弹性设计2正截面弹性设计弹性设计不屈服设计斜截面弹性设计弹性设计不屈服设计3正截面不屈服设计不屈服设计或变形复核(B2、C2、SW2)极限设计或变形复核(B5)斜截面弹性设计不屈服设计极限设计4正截面不屈服设计或变形复核(B3、C3、SW3)不屈服设计或变形复核(B4、C4、SW4)变形复核(B6)斜截面不屈服设计最小截面设计最小截面设计5正截面变形复核(B3、C3、SW3)变形复核(B5、C5、SW5)变形复核(B6)斜截面不屈服设计最小截面设计最小截面设计2.2 平台构件复核流程 平台深度结合广东省性能设计规程性能设计方法,对结构构件在大震作用下的性能进行复核,复核分为正截面复核和斜截面复核。根据大震下性能水准的要求,正截面复核可采用变形复核或承载力复核,斜截面复核采用承载力复核。构件性能复核总体流程见图 3。图 3 构件性能复核总体流程如图 4 所示,平台计算程序对构件进行性能复核后,通过三维界面直观地展现复核结果。2.3 构件性能复核关键时刻 在大震弹塑性时程分析中,构件的内力和变形随着地震动输入而不断变化。为提高平台的计算效率,仅需要提取关键时刻下构件最不利截面的内力和变形数据,复核构件的承载力和变形能力。框架梁、连梁承载力和变形复核的最不利截面取两端截面,框架柱、剪力墙承载力和变形复核的的最不利截面取上、下端截面。本平台定义了时程分析中 6 个构件性能复核的图 4 基于 BIM 的构件性能复核关键时刻,分别为:1)截面出现最大弯矩 Mmax的时刻;2)截面出现最小弯矩 Mmin的时刻;3)截面出现最大轴力 Nmax的时刻;4)截面出现最小轴力 Nmin的时刻