外廊式框架结构的优化设计与抗震性能研究

来源 :中国地震局工程力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cse_gzzhu
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外廊式框架结构常见于我国南方地区,其外廊是室内功能的一部分,更是一个不可或缺的生活空间。外廊式框架结构有其存在并继续修建的独特意义,但是按当前规范修建的该类建筑在地震现场震害中仍呈现出抗震性能不足的问题。近几十年来外廊式框架结构主要集中修建于学校教学楼、宿舍等人员较密集的地方,存在重大安全隐患。因此需要对该类结构再次进行深入研究,为今后规范中对外廊式框架结构的优化设计与加固提出意见和建议。本文首先选取了五栋典型的外廊式混凝土框架结构震害实例进行了介绍总结和原因分析,总结了该类结构的常见震害现象、薄弱部位以及破坏产生的原因。在此基础上汇总对比了2001和2010两版《建筑抗震设计规范》中有关外廊式框架结构设计规定的要求变化。随后选取了芦山县太平镇中心校教学楼作为本文研究的原型结构算例。通过PKPM软件按照当前规范要求计算得到了结构的设计信息。再依据上述结构设计信息,利用Abaqus软件建立原型结构的有限元数值模型并进行了模态分析和非线性时程计算。在得到原型结构的分析结果,并考虑不同设防水准和不同场地效应的情况下,对原型结构算例的薄弱环节进行了一系列不同优化设计或加固措施的工况设置。同时基于Abaqus软件对上述工况进行了非线性时程分析,并对各工况下结构的抗震性能进行了综合对比和分析。通过上述工作,本文得到如下结论:一、对外廊式框架结构常见的震害现象进行了总结和原因分析,并对比总结了01和10版抗震设计规范中对外廊式框架结构设计要求的变化。按照当前规范进行设计计算得到的双跨外廊式框架结构虽能通过结构设计,但仍存在一些薄弱位置。在非线性时程分析结果中显示该类结构的地震响应随着场地类别的上升而加大,且结构整体呈现出“强梁弱柱”现象,短跨处混凝土及钢筋应力明显高于长跨;二是对原型结构算例和其余四种对比工况进行了模态分析,并对所得到结果与规范要求进行了对比和误差分析。对选取结构算例进行了多组非线性时程分析,取得了一定的优化效果;三是选取的双跨外廊式框架原型结构在各设防水准下均具有较严重的震害等级,采用不同优化设计或加固方案后,结构震害等级或最大层间位移角均有不同程度下降,其中在Ⅱ类场地下结构震害等级均能下降一个等级,而最大层间位移角平均能减小15%以上。结果表明各优化设计或加固方案相较于原型结构的抗震性能不同程度的提升,抗震性能取得了较为良好的提升;四是在今后进行双跨外廊式框架结构设计或对已有双跨外廊式框架结构进行加固时,建议首先采用增大大跨一侧柱截面尺寸这种加固方式。若因结构使用功能要求或经济预算原因不能改变结构构件尺寸,建议在设计时首先减小梁柱节点箍筋间距,并增大纵向受力钢筋截面面积;其次可以在设计时仅减小梁柱节点处箍筋间距;最后可考虑在设计时增大纵向受力钢筋的截面面积。
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