填充墙RC框架结构基于性能的抗震分析

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现阶段填充墙RC框架结构的抗震设计中,基本采用基于力的纯框架设计理论,仅通过折减结构自振周期考虑填充墙对框架结构刚度和周期的影响。这种常规的设计方法未能充分考虑填充墙对RC框架结构抗震性能的有利和不利影响,也无法根据业主要求控制地震作用下建筑物的经济损失及使用功能的连续性等。因此,有必要进一步研究填充墙对RC框架结构抗震性能的影响,并尝试对该结构体系进行直接基于位移的抗震设计。本文主要做了以下研究工作:  (1)对填充墙RC框架结构在水平地震作用下的墙框协同工作过程、破坏模式进行阐述,介绍并评价了现有的填充墙等效模型,结合规范建立砌体应力-应变曲线,并选取等效斜撑模型建立填充墙RC框架结构弹塑性计算分析模型。  (2)针对按现行抗震设计方法得到的填充墙RC框架结构,建立竖向均匀、不均匀底部空框架布置的墙框协同作用等效模型和不含墙空框架对比模型,借助能力谱法进行静力非线性分析。分析结果表明:按照现行抗震设计方法得到的填充墙RC框架结构,能够满足我国规范要求的“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设防目标,但由于没有考虑填充墙的承载力贡献,往往造成设计结果刚度过大,不经济;填充墙的存在提高了RC框架结构的初始刚度和极限承载力,减小了主体框架的内力(剪力、弯矩)和变形,其减小框架结构变形的能力随着地震作用水平的提高而逐渐减弱,但降低了结构的延性性能;填充墙竖向布置均匀时,墙体在地震作用下发挥抗震设防第一道防线的作用,延缓并减轻了主体结构的破坏,底部空框架时,导致预期“强柱弱梁”破坏机制无法实现。  (3)为了考虑现浇楼板中平行于梁的纵向钢筋对框架梁抵抗负弯矩承载能力的提高作用,本文用分层壳模拟楼板并进行推覆分析。研究表明:结构进入塑性阶段后,楼板钢筋使填充墙RC框架结构的抗侧承载力增大、延性性能降低;但由于现行抗震设计方法得到的填充墙RC框架结构刚度过大,使大震作用下对楼板钢筋的承载力贡献利用较少,相对于填充墙其对结构破坏机制的影响较小。  (4)本文首次建立了填充墙RC框架结构四级抗震设防目标,使设计人员方便地根据业主需求及建筑物类别选取抗震设防目标,确定各级地震水平下结构的层间位移角限值。并对填充墙RC框架结构进行直接基于位移的抗震设计,将地震作用下结构的破坏程度控制在目标性能水平之内;设计过程中找到结构的薄弱楼层及薄弱构件,控制结构和构件在各级地震水平下的反应,使结构实现“强柱弱梁”破坏机制。  (5)对纯框架进行直接基于位移的抗震设计研究较为成熟,并且现有文献中多根据经验选取各地震水平下结构位移延性系数。本文为了将该方法应用于带填充墙的钢筋混凝土框架结构,根据美国FEMA-273建议将结构实际能力曲线折线化求解位移延性系数,充分考虑了填充墙耗能破坏对结构阻尼的影响。  (6)对现行抗震设计方法中周期折减系数的合理取值进行探讨,为了综合考虑填充墙存在对RC框架结构抗震性能的有利和不利影响,应该把周期折减系数理解为修正因填充墙刚度贡献使结构承载力和周期发生变化的参数。
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