高烈度区某RC框架-剪力墙...构减震前后抗震韧性对比研究_解琳琳.pdf

第 53 卷 第 3 期2023 年 2 月上建 筑 结 构Building StructureVol.53 No.3Feb.2023 DOI:10.19701/j.jzjg.20211140国家自然科学基金(52178268),建大英才项目(JDYC20200306)。第一作者:第一作者:解琳琳,博士,教授,主要从事高层减隔震和地震韧性研究,Email:xielinlin 。通信作者:通信作者:刘谦敏,硕士,高级工程师,主要从事结构减隔震设计研究,Email:liuqianmin 。高烈度区某 RC 框架-剪力墙结构减震前后抗震韧性对比研究解琳琳1,2,许天赐1,2,安 楠1,2,刘谦敏3,王心宇1,2,李 伟4(1 北京建筑大学土木与交通工程学院,北京 100044;2 北京建筑大学大型多功能振动台阵实验室,北京 100044;3 北京市建筑设计研究院有限公司,北京 100045;4 江苏力汇振控科技有限公司,南京 210008)摘要:以位于 8 度区(0.30g)的某 13 层 RC 框架-剪力墙结构作为研究对象,基于建筑抗震韧性评价标准(GB/T 385912020),对其减震前后的抗震韧性水准进行了对比分析。结果表明:结构在减震前的抗震韧性等级为零星,修复时间控制了韧性等级,加速度敏感型非结构构件的修复费用主导了总修复费用,结构构件的修复时间主导了总修复时间;采用黏滞阻尼器减震技术后,结构在大震下最大层间位移角和楼面绝对加速度峰值分别降低了23.5%和 16.8%;结构构件的损伤得到控制,从而有效控制了结构构件的修复时间,结构抗震韧性等级提升至一星。虽然减震后的楼面绝对加速度也得到了较好的控制,但仍高于加速度敏感型非结构构件的损伤阈值,导致减震前后该类构件的修复时间和修复费用变化不大。关键词:高烈度区;RC 框架-剪力墙结构;黏滞阻尼器;减震结构;损伤阈值;抗震韧性评价 中图分类号:TU375 文献标志码:A文章编号:1002-848X(2023)03-0034-07引用本文 解琳琳,许天赐,安楠,等.高烈度区某 RC 框架-剪力墙结构减震前后抗震韧性对比研究J.建筑结构,2023,53(3):34-40.XIE Linlin,XU Tianci,AN Nan,et al.Comparative study on seismic resilience of a RC frame-shear wall structure before and after seismic reduction in high seismic regionJ.Building Structure,2023,53(3):34-40.Comparative study on seismic resilience of a RC frame-shear wall structure before and after seismic reduction in high seismic region XIE Linlin1,2,XU Tianci1,2,AN Nan1,2,LIU Qianmin3,WANG Xinyu1,2,LI Wei4(1 School of Civil and Transportation Engineering,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China;2 Multi-Functional Shaking Tables Laboratory,Beijing University of Civil Engineering and Architecture,Beijing 100044,China;3 Beijing Institute of Architectural Design,Beijing 100045,China;4 Jiangsu Forceset Vibration Control Technology Co.,Ltd.,Nanjing 210008,China)Abstract:A RC frame-shear wall structure with 13 stories located in the 8 degree(0.30g)region was selected as the research object,based on Standard for seismic resilience assessment of buildings(GB/T 385912020),the seismic resilience level of the structure before and after seismic reduction were compared and analyzed.The results indicate that the seismic resilience level of the structure before seismic reduction is zero star.The resilience level is controlled by repair time,the repair cost of acceleration-sensitive non-structural components(ASNSCs)dominates the total repair cost,the repair time of structural components dominates the total repair time.After using the viscous damper seismic reduction technology,the maximum inter-story drift angle and floor absolute acceleration peak value of the structure under rare earthquake are reduced by 23.5%and 16.8%respectively.The damage of structural components is controlled,so that the repair time of structural members is effectively controlled,and the seismic resilience level of the structure is improved to one star.Although the floor absolute acceleration after seismic reduction is also well controlled,it remains much larger than the damage threshold of ASNSCs,resulting in slight change of the repair time and repair cost of such components before and after seismic reduction.Keywords:high seismic region;RC frame-shear wall structure;viscous damper;seismic reduction structure;damage threshold;seismic resilience assessment 第 53 卷 第 3 期 解琳琳,等.高烈度区某 RC 框架-剪力墙结构减震前后抗震韧性对比研究0引言 我国高烈度地区的办公楼、学校和医院等建筑常采用 RC 框架-剪力墙结构体系,该类建筑震后能否快速恢复使用功能(即抗震韧性)对于城市防灾减灾至关重要。建筑的抗震韧性是建设韧性城市的关键因素和难点,已逐渐成为国际研究热点。美国联邦应急管理局提出了基于性能的抗震设计方法 FEMA P-58-1 1,该方法以修复费用、人员伤亡和使用中断时间作为性能指标,建立了一套性能评估方案。奥雅纳提出了 REDi2建筑韧性评价体系,该体系在 FEMA P-58-1 的基础上,综合考虑了多种因素影响,改进了建筑使用中断时间的计算方法。上述方法中的易损性模型和损失后果函数不适用于我国建筑的问题,我国近期发布了国家标准 建 筑 抗 震 韧 性 评 价 标 准(GB/T 385912020)3(简称韧性评价标准),提出了适用于我国建筑的抗震韧性评价方法和体系,给出了建筑修复费用、修复时间和人员伤亡的评估方法,规定了房屋建筑抗震韧性分级标准。基于韧性评价标准,王啸霆等4对 6 个 RC框架结构(包含 2 个抗震结构、1 个消能减震结构和3 个隔震结构)进行了韧性评价,结果表明,在满足建筑抗震设计规范(GB 500112010)(2016 年版)5层间位移角限值要求的基础上,贴近层间位移角限值设计的建筑不具备抗震韧性,抗震性能较好的抗震建筑和消能减震建筑可以达到韧性一星,隔震建筑可达到二星和三星。薛荣刚等6对 1 栋教学楼进行了抗震韧性评价,结果表明非结构构件的损伤控制了修复费用和人员伤亡。卢啸7对 1个42 层 RC 框架-核心筒结构进行了韧性评价,结果表明非结构构件对抗震韧性的影响明显大于结构构件。Yang 等8对 2 个既有 RC 框架结构进行了韧性评价,识别了影响其抗震韧性水准的关键地震响应,研究了隔震对其韧性水准的提升能力,提出并验证了基于屈重比的面向韧性目标的隔震加固设计方法。然而目前对于量大面广的 RC 框架-剪力墙结构的抗震韧性水准研究还相对较少,同时该类结构开始采用消能减震技术,因此有必要研究传统 RC框架-剪力墙减震前后结构的抗震韧性水准的差异,明确消能减震技术对该类结构抗震韧性的提升机理,为进一步推广消能减震技术、提升结构韧性水准提供重要参考。为此,本研究以 1 个位于抗震设防烈度为 8 度(0.30g)地区的 RC 框架-剪力墙结构实际工程为例,对比该建筑在减震前后的抗震韧性水准,识别控制结构修复费用、修复时间和人员伤亡率的结构地震响应,综合分析结构地震响应和韧性评价结果,明确该建筑采取消能减震技术后其韧性提升原因,以期为 RC 框架-剪力墙结构的抗震韧性设计提供参考。1框架-剪力墙结构抗震韧性评价 选取的案例为 1 个 13 层的 RC 框架-剪力墙结构,结构总高度 56.73m,其中首层层高 5.4m,2、311、12 层和 13 层层高分别为 5.1、4.2、4.33m 和4.1m,高宽比 1.85,总面积 42 120m2。主要结构构件主要由截面尺寸为 300mm650mm 的框架梁、截面尺 寸 为 800mm 800mm 的 框 架 柱 和 厚 度 为400mm 的剪力墙组成,其中框架梁采用 C30 混凝土,框架柱和剪力墙采用 C50 混凝土,钢筋均采用HRB400。建筑抗震设防烈度为 8 度(0.30g),场地类别为类,设计地震分组为第三组。结构三维图和结构平面图如图 1 所示。图 1 结构三维图和结构平面图结合该建筑施工图纸和韧性评价标准,对应规范统计了建筑中的结构构件和非结构构件信息,其中非结构构件可分为位移敏感型和加速度敏感型。主要结构构件信息及楼层分布数量见表 1,非结构构件信息见表 2,根据定额计算所得的建筑重置成本为 4 651.85 万元。53建 筑 结 构2023 年表 1 主要结构构件信息及楼层分布数量构件易损性编码分布楼层分布数量X 向Y 向其他方向框架梁C.FS.KL112622602113148031211514701356480框架柱C.FS.KZ1200723400715120072130038剪力墙C.FS.Q18222028322031181220121282220131