框架结构抗震设计新方法及工程实例_周国平

浙江建筑,第25卷,第2期,2008年2月ZhejiangConstruction,Vo.l25,No.2,Feb.2008

框架结构抗震设计新方法及工程实例

AseismicDesignNewMethodforFrameConstructionandCaseStudies

周国平,陈洪波,杨军龙

1

2

3

ZHOUGuo-ping,CHENHong-bo,YANGJun-long

(1.义乌国际商贸城建设指挥部,浙江义乌322000;2.义乌市城市规划设计院,浙江义乌322000;

3.浙江大学宁波理工学院,浙江宁波315000)

摘 要:由于位移(或变形)比强度(或承载力)更能体现结构在地震作用下的性能,因而直接基于位移的抗震设计方法比现行的基于强度的抗震设计方法更加简单,从概念上来讲也更加清晰;同时,直接基于位移方法设计的结构较之规范设计的结构更能有效控制结构的位移。今以工程实例予以说明。

关键词:直接基于位移的抗震设计;混凝土框架结构;结构抗震设计理论

中图分类号:TU352.1+1 文献标识码:B 文章编号:1008-3707(2008)02-0014-05

以结构的变形作为控制参数一直存在于工程结构的概念设计阶段,比如高层结构体系的选择往往是以结构变形(或刚度)作为主要控制参数。直接基于位移的抗震设计理论认为,建筑规范只是提供建筑物所应该具有的/最低0要求目标。建筑规范应该给出结构在各个性能目标下的明确位移限值,并鼓励在设计和施工中采用和开发新材料与新技术

[1]

与地震中大量出现的虽不至于倒塌但却造成巨大经济损失的层间位移相比,是两个极端的情况。因此现行方法虽然能保证/小震不坏、大震不倒0,却无法控制中震所对应的情况,也就无法控制造成严重经济损失的裂缝开展。因此,能否有效地控制结构在中震所对应的地震响应,对控制经济损失具有重要意义。

。因此,规范给出的只是最低要求,从

建筑功能和经济角度考虑,业主有权选择高于规范要求的性能目标,结构工程师也有责任与业主共同确定合理的结构性能目标。

我国抗震设计规范规定在抗震设计过程中采用/三水准,两阶段0的抗震设计方法。规范中对于在地震作用下框架结构的层间位移要求为:小震不坏(结构层间位移角要求小于1/550),中震可修,大震不倒(结构层间位移要求小于l/50)

[2]

1 工程概况

图1所示结构为某8层框架结构中的一榀横向框架,结构纵向开间为3.9m,结构所在地区的抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度为0.20g,设计地震分组为第二组,Ò类场地,场地特征周期为0.4s。结构类型为现浇钢筋混凝土框架结构,混凝土强度等级全部为C30,弹性模量为Ec=3.0@10N/mm;受力主筋采用HRB335级钢筋,弹性模

52

量为2.0@10N/mm。下面采用直接基于位移的方法对结构在/小震0、/中震0和/大震0下的性能目标进行设计。

4

2

。

现行基于力的抗震设计规范对/中震可修0未加重视,仅仅从构造上加以考虑,重点放在/小震不坏0和/大震不倒0上面。这两种对于位移的要求,

收稿日期:2007-12-11

:())男,,工程师

第2期

周国平等:框架结构抗震设计新方法及工程实例

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W6=744.9kN,W7=744.9kN,W8=669.0kN。

根据规范规定的三个水准烈度与相应设防要求之间的关系,对于/中震可修0的性能目标取层间位移角限值为1/250(结构计算参数等见表3和表4),得等效单自由度体系的等效位移为:

Deff=

EFD

ii

i=1

n

Vb

=

mD

mD

2iiii

=2797.07/36.98=75.6(mm)可得等效单自由度体系的等效质量为:meff=

图1 框架示意图

E

mici=

m

l

Di

2

eff

=36.98/75/6=0.49(kN#s/mm)根据设防目标,要求结构在中震下的层间目标位移角限制在1/250以内,此状态时的位移延性系

数可以取L=2。建筑抗震设计规范规定,建筑结构弹性状态时的阻尼比F.05。可以求得此设防目0=0标时等效单自由度体系的等效阻尼比:

Feff=F0+

1-(1-A)/-2 针对小震的设计

针对小震,目前直接基于位移的抗震设计方法不对其进行计算设计,而是依赖于规范中基于力的反应谱方法进行设计。现采用PKMP软件对图1的框架结构进行设计,根据规范计算得到结构的周期为1.11s,基底剪力为324.2kN。构件截面以及配筋信息如表1和表2所示。

表1 构件截面尺寸

截面

Z1

B/mmH/mm

550550

Z2500500

L1250550

L2250450

=0=0.05+.132表3 直接基于位移的抗震设计参数计算

楼层8765

层重Gi/kN669.0744.9744.9744.9754.4763.9763.9774.75960.6

质量Mi/(kN#s2/mm)

0.068

0.0760.0760.0760.0770.0780.0780.0790.608

层间位移角Hi1/2501/2501/2501/2501/2501/2501/2501/250

层间楼层位位移Di/mm移Di/mm

13.213.213.213.213.213.213.215.6

108.094.881.668.455.242.028.815.6

表2 截面配筋

1层2层3层4层5层6层7层8层

Z11256882882882))))

Z2))))763763763763

L1

1924-12361924-12361924-12361924-10181137-10181137-10181137-10181018-1018

L21924-14911924-14911924-14911924-10181137-10181137-10181137-10181018-1018

4321

表4 等效单自由度体系参数的计算

楼层87654321

质量Mi/(kN#s2/mm)

0.0680.0760.0760.0760.0770.0780.0780.079

楼层位Mii2/

MiDi/(kN#s2)

移Di/mm(kN#s2#mm)108.07.37796.2394.87.21683.1381.66.20506.1368.45.20355.6355.24.25234.5642.03.27137.5028.82.2464.6515.61.2319.24

注:柱配筋为单侧配筋;梁配筋前为支座配筋,后为跨中配筋。

3 针对中震的设计

根据小震下设计的结果,单榀横向框架结构各个楼层的重力荷载代表值为:W1=774.7kN,W2=

.kN,4.4kN,=.9

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表7 截面配筋

Z1

1层2层3层4层5层6层7层8层

1521974974974))))

Z2))))882882882882

L1

2008年 第25卷

将等效阻尼比代入,求得反应谱曲线下降阶段的衰减指数:

C=0.9+=0.829

0.5+5F

阻尼调整系数:G1=0.00975,G2=0.00712,将等效单自由度体系的等效位移及上述有关数据代入,可求得相应的等效周期:

Teff[0.2G2-G1(T-5Tg)]=

Teff=1.19s,Tg=0.4s

不满足5Tg[T[6.0s,所以求得Teff无效。再将等效单自由度体系的等效位移及以上求得的反

应谱衰减系数和阻尼调整系数代入,可得相应等效周期:

Sd

T=#Tg2Amax2

1

L22454-14101963-11961963-11961963-12571388-12571388-12571388-12571269-1257

2454-11961963-11961963-11961963-12571388-12571388-12571388-12571269-1257

2C

4PSdmaxg

2

4 针对大震的设计

结构抗震规范规定,对于框架结构,限制其倒塌的层间位移角最大值为1/50。下面对/大震不倒0的性能目标取层间位移角限值为1/50,结构计算参数等见表8和表9。

表8 直接基于位移的抗震设计参数计算

楼层876543212

层重质量层间位层间位楼层位

Gi/(kN)M(kN#s2/mm)移角H移D/mm移Di/mmii669.0744.9744.9744.9754.4763.9763.9774.75960.6

0.0680.0760.0760.0760.0770.0780.0780.0790.608

1/501/501/501/501/501/501/501/50

6666666666666678

540.0474.0408. …… 此处隐藏：7471字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……