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框架结构抗地震倒塌分析

框架结构抗地震倒塌分析

1  前言

2008年5月12日发生在我(wo)国四川汶川的(de)(de)8.0级(ji)特大地(di)震,造成数百(bai)万栋房(fang)屋建(jian)筑倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)破坏。根据作者的(de)(de)初步(bu)震害调查分析,倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)比例较高的(de)(de)建(jian)筑类型主(zhu)要(yao)有(you)砖(zhuan)混结(jie)(jie)构(gou)(gou)、底(di)框(kuang)(kuang)(kuang)砖(zhuan)混结(jie)(jie)构(gou)(gou)和(he)框(kuang)(kuang)(kuang)架(jia)结(jie)(jie)构(gou)(gou)。砖(zhuan)混结(jie)(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)大多是(shi)由(you)于未按GB50011-2001《建(jian)筑抗震设计规(gui)(gui)范》要(yao)求(qiu)设置圈梁和(he)构(gou)(gou)造柱;底(di)框(kuang)(kuang)(kuang)砖(zhuan)混结(jie)(jie)构(gou)(gou)是(shi)由(you)于结(jie)(jie)构(gou)(gou)体系先天存(cun)在刚度薄弱层;框(kuang)(kuang)(kuang)架(jia)结(jie)(jie)构(gou)(gou)大多是(shi)按《建(jian)筑抗震设计规(gui)(gui)范GB50011-2001》要(yao)求(qiu)进行(xing)抗震设计,其倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)原因(yin)主(zhu)要(yao)是(shi)遭遇超设防烈度大震的(de)(de)地(di)震,但与(yu)此同时(shi)在极震区,也有(you)很多框(kuang)(kuang)(kuang)架(jia)结(jie)(jie)构(gou)(gou)未倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta),因(yin)此对(dui)框(kuang)(kuang)(kuang)架(jia)结(jie)(jie)构(gou)(gou)的(de)(de)抗地(di)震倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)能力(li)值(zhi)得深(shen)入研究。本文(wen)以汶川地(di)震中极震区几组倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)与(yu)未倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)框(kuang)(kuang)(kuang)架(jia)结(jie)(jie)构(gou)(gou)震害案例的(de)(de)对(dui)比分析,对(dui)影响框(kuang)(kuang)(kuang)架(jia)结(jie)(jie)构(gou)(gou)抗倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)能力(li)的(de)(de)因(yin)素进行(xing)了初步(bu)研究,提(ti)(ti)出(chu)(chu)了建(jian)筑结(jie)(jie)构(gou)(gou)抗震地(di)震倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)能力(li)的(de)(de)评(ping)价(jia)方法和(he)有(you)关指标,并提(ti)(ti)出(chu)(chu)增强结(jie)(jie)构(gou)(gou)抗地(di)震倒(dao)(dao)(dao)(dao)塌(ta)能力(li)的(de)(de)主(zhu)要(yao)措施。

2   汶川地震极震区的几个框架结构震害案例

2.1 漩口中学

漩口(kou)中(zhong)学位于5.12汶川大地震震中(zhong)的(de)映秀镇(zhen),烈度达11度,共有(you)8栋建筑,包(bao)括:教(jiao)学区楼(lou)(lou)(lou)群(qun)、办(ban)公楼(lou)(lou)(lou)、4栋教(jiao)工(gong)(gong)宿(su)舍、1栋学生宿(su)舍和1个食(shi)堂(tang)(图1)。其中(zhong),教(jiao)学区楼(lou)(lou)(lou)群(qun)又由(you)7栋独(du)立的(de)框(kuang)架结(jie)构组成,包(bao)括教(jiao)学楼(lou)(lou)(lou)A、B、C及角部(bu)教(jiao)学楼(lou)(lou)(lou)E、F,阶梯(ti)教(jiao)室D和中(zhong)央楼(lou)(lou)(lou)梯(ti)间G。另外,食(shi)堂(tang)K、办(ban)公楼(lou)(lou)(lou)H和教(jiao)工(gong)(gong)宿(su)舍P也是框(kuang)架结(jie)构,共10个独(du)立框(kuang)架结(jie)构。教(jiao)工(gong)(gong)宿(su)舍(L、M、N)和学生宿(su)舍J为砖混结(jie)构。

图(tu)1  漩口中学平面图(tu)

教学(xue)楼A、B、C向(xiang)回字形外(wai)侧(跨度大的(de)教室(shi)(shi)一侧)倒(dao)塌(图(tu)(tu)2a~2d);教学(xue)楼F未倒(dao)塌(图(tu)(tu)2e),但(dan)震(zhen)(zhen)后爆破(po)拆(chai)除(chu)倒(dao)塌;E倒(dao)塌状(zhuang)况与(yu)C类似(图(tu)(tu)2f)。教室(shi)(shi)D、办公楼H、中央(yang)楼梯(ti)间(jian)G和食堂(tang)未倒(dao)塌(图(tu)(tu)2g~2k),但(dan)损(sun)坏较重(zhong)。教工(gong)宿舍P底(di)层倒(dao)塌(图(tu)(tu)2m),震(zhen)(zhen)后也爆破(po)拆(chai)除(chu)倒(dao)塌。宿舍L,M,N为砖混结(jie)构(gou),未倒(dao)塌,但(dan)破(po)坏严重(zhong)(图(tu)(tu)2n)。学(xue)生宿舍J也为砖混结(jie)构(gou),底(di)层倒(dao)塌,中部1个开间(jian)的(de)隔墙倒(dao)塌(图(tu)(tu)2p)。

 

(a) 教学楼(lou)A南面(mian)

(b) 教学楼A北面

(c) 教学楼(lou)B

(d) 教学(xue)楼(lou)C

(e) 地震后角部教学楼(lou)F

(f) 角部教学楼E

(g) 阶梯教(jiao)室(shi)D

(h) 中央(yang)楼梯间G

(i) 食(shi)堂K南面



(k) 办公楼(lou)H



(n) 教工宿(su)舍M,L

(j) 食(shi)堂(tang)K一层



(m) 教工(gong)宿舍P



(p) 学(xue)生(sheng)宿舍(she)J

图2  漩口中学(xue)各建筑(zhu)的震害

除旧教工宿舍N之外(wai),其余(yu)建筑(zhu)2006年建成,为同一(yi)设(she)计院按GB50011-2001《建筑(zhu)抗(kang)震设(she)计规范》设(she)计,同一(yi)施工单位建造,且处(chu)于同一(yi)场地,因此对建筑(zhu)抗(kang)倒(dao)塌研究有很(hen)大的价值(zhi)。 漩口中(zhong)学各建筑(zhu)的震害

由于漩口中(zhong)(zhong)学位于5.12汶川特大地震(zhen)(zhen)震(zhen)(zhen)中(zhong)(zhong)极(ji)震(zhen)(zhen)区,实际(ji)地震(zhen)(zhen)烈(lie)度(du)(du)(du)(du)(du)达11度(du)(du)(du)(du)(du),超(chao)过当地抗震(zhen)(zhen)设(she)防(fang)烈(lie)度(du)(du)(du)(du)(du)7度(du)(du)(du)(du)(du)(1组)有3度(du)(du)(du)(du)(du)之多,也超(chao)过了7度(du)(du)(du)(du)(du)大震(zhen)(zhen)水平近2度(du)(du)(du)(du)(du),因此结构发生严(yan)重破坏和(he)倒塌(ta)(ta)可(ke)以认为符(fu)合(he)规范(fan)设(she)防(fang)目标,况且据(ju)现场调查(cha),教学楼倒塌(ta)(ta)也并非发生在5.12的8级主震(zhen)(zhen)时,而是在其后余震(zhen)(zhen)中(zhong)(zhong)倒塌(ta)(ta)或爆破拆(chai)除倒塌(ta)(ta),人员(yuan)伤亡很(hen)少(shao)。

倒(dao)塌(ta)的教(jiao)学楼与未倒(dao)塌(ta)的几栋框架结构相比差别(bie)在于:

1) 中(zhong)央(yang)楼梯(ti)间G平面结(jie)构布(bu)置为(wei)(wei)纵向(xiang)(xiang)5跨(南北向(xiang)(xiang))、横向(xiang)(xiang)1跨(东西向(xiang)(xiang)),无填充墙,自重轻,且有楼梯(ti)作为(wei)(wei)结(jie)构斜撑,抗侧(ce)刚度大、承载(zai)力高,地(di)震时基本无活荷载(zai);

2) 阶梯教室D仅(jin)两层,首层平面结构(gou)布置(zhi)为纵向5跨(南北(bei)向)、横向3跨(东西向),高(gao)度远(yuan)小(xiao)于教学(xue)楼;

3) 食(shi)堂(tang)K也仅两层,平面结构(gou)布置(zhi)为纵(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)6跨(kua)(东西(xi)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang))、横(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)4跨(kua)(南北向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)),高度远小于教(jiao)学(xue)楼,且(qie)地(di)震时活(huo)荷(he)(he)载小;④教(jiao)师办公楼H为内(nei)廊式(shi)布局(图2),平面结构(gou)布置(zhi)为横(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)3跨(kua)(东西(xi)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)),纵(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)5跨(kua)8开间(南北向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)),填充墙(qiang)多,地(di)震时活(huo)荷(he)(he)载小于教(jiao)学(xue)楼,且(qie)地(di)基有(you)沉降(jiang)变形,可(ke)能起到减震作用;⑤教(jiao)工宿(su)舍L、M、N,横(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)可(ke)能为3跨(kua),且(qie)开间小,填充墙(qiang)多。

2.2 映秀镇两栋框架结构

图3为映秀镇某3层框架结构,南北向4跨,东西向6跨。该建筑1层坍塌,2层填充墙基本全部破坏,2层楼梯也完全破坏(图4b、4c));3层填充墙虽破坏程度较重,但大多部分仍留存。从现场调查情况看,各层均有维护填充墙,内部填充墙较少,1层因坍塌无法确认底层填充墙的布置情况,但根据该建筑的用途判断,1层的填充墙布置与上部相似。映秀镇为震中区,地震动强度十分强烈,由于填充墙均采用空心砖,强度低、变形能力小,地震作用下1层受力最大,导致1层空心砖填充墙先发生破坏,使得1层的层间刚度显著降低形成薄弱层后,不能继续承受后续的地震作用而导致1层坍塌。

(a) 东立面

(b) 西(xi)立(li)面(mian)

(c) 南(nan)立面1层柱破坏坍塌

(d) 西(xi)立面1层柱破坏坍塌

图3  映(ying)秀镇某3层框架结构震害(hai)

图(tu)(tu)4为(wei)与(yu)图(tu)(tu)3所(suo)示建筑(zhu)一路相隔的另一4层框架(jia)(jia)结(jie)(jie)构(gou),南北向(xiang)2跨,东西(xi)向(xiang)9跨。该框架(jia)(jia)结(jie)(jie)构(gou)内横(heng)墙(qiang)采(cai)用实心砖填充墙(qiang),且(qie)数量较多,并嵌(qian)入框架(jia)(jia)中。外(wai)纵向(xiang)维护墙(qiang)虽也采(cai)用实心砖,但未嵌(qian)入框架(jia)(jia)中,地震(zhen)中外(wai)闪掉落(luo)严重(图(tu)(tu)4b)。尽管如(ru)此,由于横(heng)向(xiang)框架(jia)(jia)梁柱与(yu)实心砖填充墙(qiang)基本形成框架(jia)(jia)约束砌(qi)体,横(heng)向(xiang)填充墙(qiang)有效参与(yu)结(jie)(jie)构(gou)受力,显著增强了(le)结(jie)(jie)构(gou)横(heng)向(xiang)的承(cheng)载力,同时纵向(xiang)跨数较多,且(qie)该建筑(zhu)平(ping)面(mian)也比较简(jian)单(dan)、规则,故该建筑(zhu)未发(fa)生如(ru)图(tu)(tu)3所(suo)示的1层倒塌震(zhen)害。在震(zhen)中近(jin)11度的高烈度区(qu),其震(zhen)害程度属(shu)于可接受。

(a) 外(wai)横墙框(kuang)架填充墙

(b)底层门廊填充墙

图4   映秀镇某4层(ceng)框架(jia)结构(gou)震害

2.3 北川县某教学楼和某办公楼

北(bei)川职教(jiao)中(zhong)心(xin)由南(nan)、北(bei)两栋(dong)教(jiao)学(xue)楼,一栋(dong)学(xue)生宿舍楼和两个独立(li)的角部连接建筑(zhu)组合而成,平面(mian)成Π形布(bu)置(见(jian)图(tu)5a),各(ge)建筑(zhu)之间设置抗震缝。在此(ci)(ci)次地震中(zhong),南(nan)、北(bei)教(jiao)学(xue)楼均(jun)未倒(dao)塌。图(tu)7为南(nan)教(jiao)学(xue)楼震害情况,为单跨三层框架(jia)结构(gou)(顶层另有一层轻(qing)质附加(jia)层),悬挑(tiao)外走廊。南(nan)、北(bei)两栋(dong)教(jiao)学(xue)楼虽严(yan)重(zhong)破坏,但未倒(dao)塌。现场考察显示,该教(jiao)学(xue)楼采(cai)用(yong)预制空心(xin)楼板,楼板未对框架(jia)梁有增强(qiang)作用(yong),框架(jia)梁端形成塑性铰(jiao)(图(tu)6c、6e)。此(ci)(ci)外,纵向填充(chong)墙少,结构(gou)自重(zhong)轻(qing)。横(heng)向虽仅有1跨,但采(cai)用(yong)实(shi)心(xin)砖填充(chong)墙,增强(qiang)了结构(gou)的横(heng)向承载力。横(heng)向实(shi)心(xin)砖填充(chong)墙和框架(jia)梁的破坏提高了结构(gou)的耗能(neng)能(neng)力。

(a) 职教中心(xin)平面图

(b) 底层(ceng)倒塌的学生宿舍(she)

 

(c) 南角部分倒塌

(d) 北角(jiao)部分(fen)倒(dao)塌

图(tu)5   北川职教(jiao)中(zhong)心震害

 

(a) 南立面

(b) 北立面

(c) 1层入口东(dong)侧(ce)填充(chong)墙倒塌,框架梁端破坏

(d) 入口1层西侧,填充(chong)墙破坏

(e) 1层(ceng)框架梁(liang)端破(po)坏(huai)

 图6  北(bei)川职教(jiao)中心南教(jiao)学(xue)楼震害

图7为(wei)北川(chuan)青(qing)少(shao)年活动中(zhong)(zhong)心的(de)结构震(zhen)害(hai)。该建筑为(wei)8层(ceng)(ceng)钢筋混(hun)凝土框架结构,框架柱为(wei)圆柱,地(di)震(zhen)后(hou)呈整体(ti)扭转(zhuan)倒(dao)(dao)塌,倒(dao)(dao)塌后(hou)柱顶端折断。该建筑距北川(chuan)职教(jiao)中(zhong)(zhong)心仅100多米(mi),是北川(chuan)县最高的(de)建筑,且场(chang)地(di)条件优于北川(chuan)职教(jiao)中(zhong)(zhong)心。现场(chang)考察显示,下部(bu)楼(lou)层(ceng)(ceng)用粉煤灰砌块做(zuo)填(tian)充墙,且数(shu)(shu)量不多,而顶部(bu)楼(lou)层(ceng)(ceng)因建筑造型需要,填(tian)充墙数(shu)(shu)量多,重量较大,再加上(shang)层(ceng)(ceng)数(shu)(shu)多,发(fa)生完全倒(dao)(dao)塌。


(a) 北川县城全景


(b) 倒塌后的(de)北川青少年(nian)活动中心的(de)北面


(c) 倒(dao)塌后(hou)的(de)北川青少年活动中心东面


(d) 倒塌后(hou)的北川(chuan)青少年活(huo)动中(zhong)心顶部

图7  北川(chuan)青少年活动中心结构震害

3   漩口中学教学楼A和办公楼H的抗震性能分析

3.1 弹塑性时程分析   

由于缺少上述各建筑详细资料和建筑场地的实际地震动记录,因此对上述各建筑震害和倒塌无法逐一准确模拟再现。目前仅获得漩口中学教学楼A、F和办公楼H的建筑平面。为此,按GB50011-2001《建筑抗震设计规范》和PKPM软件对倒塌的教学楼A和未倒塌的办公楼H进行重新设计,然后用弹塑性动力时程分析方法对其进行分析。地震动输入采用汶川地震中记录到的什邡-八角波(NS+UD),并将地震动峰值加速度PGA调整为1g(我国地震烈度表11度无对应峰值加速度PGA,所以按10度水准取PGA=1g。汶川地震记录到的PGA最大约为1g),分析得到的结果见图8。分析结果表明,在相同的地震动强度输入下,教学楼A发生倒塌,而办公楼H未倒塌。同时,由图8a可见,教学楼A的倒塌破坏起始于底层中柱柱头破坏,底层倒塌倾向于走廊一侧,上部倾向于教室一侧,与实际震害一致。由于汶川地震具有明显的方向性,教学楼A和办公楼H均采用什邡-八角波(NS+UD),按结构横向平面框架模型计算,这对于横向为东西向的办公楼H较为不利。由图8还可见,教学楼A框架柱的塑性铰主要集中在底部1~2层,且上部楼层的梁端塑性铰数量也不多;而办公楼H框架柱的塑性铰则基本各层均有,且梁端也大多形成塑性铰。出现塑性铰的数量代表结构耗能能力大小。在超过设防烈度近3度的强烈地震下,出现柱铰难以避免,但如果柱铰数量多,则可增加整个结构在倒塌前的耗能能力。

               

                     倒塌前一时刻(ke)    开始倒塌破坏                    最(zui)大位(wei)移时刻(ke)           

                      T=17.42s        T=17.72s                           T=18.94s                            地震结(jie)束(shu)后

                               [a] 教学楼(lou)(lou)A                                                          [b] 办公楼(lou)(lou)H

图8  汶川地震什(shen)邡一(yi)八角波(bo)输入(ru)下(xia)教学楼(lou)A和(he)办公楼(lou)H的破坏情况对比

对两栋建筑(zhu)采用(yong)(yong)倒三角(jiao)分布水平荷载推(tui)覆(fu)分析(xi)(xi)得到(dao)的(de)(de)结(jie)构基(ji)底(di)剪力(li)(剪重比V/W)与结(jie)构顶点(dian)位移的(de)(de)关系(xi)(xi)(xi)见图(tu)9,可(ke)见办(ban)公楼(lou)(lou)(lou)H的(de)(de)承载能(neng)力(li)显著大于(yu)教学楼(lou)(lou)(lou)A,且变形(xing)能(neng)力(li)也大于(yu)教学楼(lou)(lou)(lou)A。若以(yi)推(tui)覆(fu)分析(xi)(xi)曲(qu)线上对应设(she)计小(xiao)震(zhen)(zhen)地震(zhen)(zhen)作(zuo)用(yong)(yong)下的(de)(de)变形(xing)能(neng)E小(xiao)震(zhen)(zhen)为(wei)基(ji)准,定(ding)义(yi)整(zheng)个推(tui)覆(fu)曲(qu)线的(de)(de)变形(xing)能(neng)储(chu)备(bei)系(xi)(xi)(xi)数KE=E/E小(xiao)震(zhen)(zhen),其中E为(wei)推(tui)覆(fu)曲(qu)线的(de)(de)变形(xing)能(neng),则(ze)办(ban)公楼(lou)(lou)(lou)的(de)(de)变形(xing)能(neng)储(chu)备(bei)系(xi)(xi)(xi)数为(wei)KE=113,而(er)教室楼(lou)(lou)(lou)变形(xing)能(neng)储(chu)备(bei)系(xi)(xi)(xi)数为(wei)KE=24(向左)和(he)KE=50(向右),可(ke)见办(ban)公楼(lou)(lou)(lou)H的(de)(de)变形(xing)能(neng)储(chu)备(bei)系(xi)(xi)(xi)数比教学楼(lou)(lou)(lou)A高出2倍以(yi)上。

顶(ding)层位(wei)移/mm

 图9  教学楼(lou)A和(he)办公楼(lou)H的(de)推覆曲线对比

3.2 抗地震倒塌能力分析

该方法需借助(zhu)于模(mo)拟结构倒塌的(de)(de)非线性(xing)分析软件。基于THUFIBER程(cheng)序和(he)CMR分析所(suo)获得的(de)(de)漩口中学教(jiao)(jiao)学楼A和(he)办公楼H的(de)(de)地震易损(sun)性(xing)曲线如图10所(suo)示。由图可见,教(jiao)(jiao)室(shi)楼A的(de)(de)CMR约为(wei)2.5,而办公楼H的(de)(de)CMR达到(dao)了(le)(le)5.3,超过教(jiao)(jiao)室(shi)楼A的(de)(de)CMR也达2倍以(yi)上,这(zhei)进一步说明了(le)(le)办公楼H的(de)(de)抗(kang)倒塌能(neng)力显著(zhu)高于教(jiao)(jiao)学楼A。

    图10  漩口中(zhong)学(xue)教(jiao)学(xue)楼A与办公楼H地震易损性比较

4   影响结构抗地震倒塌能力的主要因素

4.1 结构的整体承载能力与塑性变形能力

当结构(gou)抗震(zhen)承载(zai)力(li)相同(tong)时(shi),显然结构(gou)塑性变(bian)形能(neng)(neng)力(li)越大,抗倒地震(zhen)倒塌(ta)能(neng)(neng)力(li)也越大。本(ben)文前述教学楼A和办公楼H,用推覆分析的(de)变(bian)形能(neng)(neng)作(zuo)为(wei)两者(zhe)抗地震(zhen)倒塌(ta)能(neng)(neng)力(li)的(de)比较指标,就是要同(tong)时(shi)考虑结构(gou)的(de)抗震(zhen)承载(zai)能(neng)(neng)力(li)和塑性变(bian)形能(neng)(neng)力(li)两者(zhe)的(de)共同(tong)影响。

4.2 结构的冗余度

北(bei)(bei)川职(zhi)教中心的(de)南、北(bei)(bei)教学楼的(de)情况也(ye)相似,角(jiao)部(bu)(bu)结(jie)构(gou)(gou)因自身(shen)冗(rong)余(yu)度不(bu)足(zu),全部(bu)(bu)倒(dao)塌(ta)(见图(tu)6c、6d)。如果不(bu)设防震(zhen)缝(feng),将这些结(jie)构(gou)(gou)连接(jie)起来作为一个整体结(jie)构(gou)(gou),则结(jie)构(gou)(gou)冗(rong)余(yu)度会(hui)显著提(ti)高,则有可(ke)能会(hui)避(bi)免两个角(jiao)部(bu)(bu)结(jie)构(gou)(gou)的(de)倒(dao)塌(ta)和学生宿舍的(de)底层倒(dao)塌(ta)。

4.3 结构的整体性

结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)性(xing)(xing)(xing)(xing)是指在结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)产(chan)生(sheng)(sheng)很大(da)(da)程度(du)损坏(huai)的(de)(de)情(qing)况下,结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)成形(xing)态未(wei)发(fa)生(sheng)(sheng)显著变化,结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)中(zhong)所(suo)(suo)有(you)(you)的(de)(de)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)件(jian)能(neng)(neng)够充(chong)分发(fa)挥(hui)各自(zi)的(de)(de)承(cheng)(cheng)载(zai)能(neng)(neng)力(li)和(he)(he)(he)塑性(xing)(xing)(xing)(xing)变形(xing)能(neng)(neng)力(li)。实(shi)(shi)现(xian)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)性(xing)(xing)(xing)(xing)包括3个方面,①结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)协(xie)同受力(li),合理分配结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)中(zhong)各个构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)件(jian)和(he)(he)(he)楼(lou)(lou)层(ceng)的(de)(de)刚(gang)度(du)和(he)(he)(he)强(qiang)(qiang)度(du),以(yi)(yi)实(shi)(shi)现(xian)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)屈(qu)服(fu)机(ji)制(zhi)(zhi)(zhi),这(zhei)可以(yi)(yi)使得(de)整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)承(cheng)(cheng)载(zai)能(neng)(neng)力(li)和(he)(he)(he)变形(xing)能(neng)(neng)力(li)能(neng)(neng)够得(de)到最(zui)大(da)(da)程度(du)地(di)发(fa)挥(hui)。对于框(kuang)(kuang)架结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou),就是要求(qiu)实(shi)(shi)现(xian)“强(qiang)(qiang)柱(zhu)弱梁”破(po)坏(huai)机(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)。汶川地(di)震(zhen)中(zhong),大(da)(da)量(liang)的(de)(de)框(kuang)(kuang)架结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)均发(fa)生(sheng)(sheng)柱(zhu)铰破(po)坏(huai)机(ji)制(zhi)(zhi)(zhi),所(suo)(suo)有(you)(you)倒塌(ta)的(de)(de)框(kuang)(kuang)架结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)也基本都是以(yi)(yi)层(ceng)屈(qu)服(fu)机(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)形(xing)式出现(xian)的(de)(de)。而前(qian)述北川职教中(zhong)心教学(xue)楼(lou)(lou)虽然(ran)仅为单(dan)跨(kua)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou),冗余度(du)不大(da)(da),但因实(shi)(shi)现(xian)“强(qiang)(qiang)柱(zhu)弱梁”屈(qu)服(fu)机(ji)制(zhi)(zhi)(zhi),再加上实(shi)(shi)心砖填(tian)充(chong)墙的(de)(de)帮助,以(yi)(yi)及本身(shen)层(ceng)数不多(duo),重量(liang)又比较轻,避免(mian)了倒塌(ta)。因此,根(gen)据这(zhei)次汶川地(di)震(zhen)中(zhong)大(da)(da)量(liang)框(kuang)(kuang)架结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)未(wei)实(shi)(shi)现(xian)“强(qiang)(qiang)柱(zhu)弱梁”的(de)(de)问题,需要对规(gui)范在保(bao)(bao)证(zheng)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)实(shi)(shi)现(xian)整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)屈(qu)服(fu)机(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)方面的(de)(de)有(you)(you)关(guan)规(gui)定(ding)进(jin)一步完善(shan);②构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)件(jian)之间(jian)连接构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)造措(cuo)施(shi)应能(neng)(neng)保(bao)(bao)证(zheng)实(shi)(shi)现(xian)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)直至倒塌(ta)破(po)坏(huai)仍可保(bao)(bao)持整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)受力(li),即所(suo)(suo)有(you)(you)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)件(jian)应发(fa)挥(hui)其预定(ding)的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)。震(zhen)害调查表明,漩(xuan)口(kou)中(zhong)学(xue)教学(xue)楼(lou)(lou)B和(he)(he)(he)教学(xue)楼(lou)(lou)E框(kuang)(kuang)架柱(zhu)底部施(shi)工(gong)缝连接构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)造存在问题,框(kuang)(kuang)架柱(zhu)的(de)(de)承(cheng)(cheng)载(zai)力(li)未(wei)得(de)到充(chong)分发(fa)挥(hui),加剧了发(fa)生(sheng)(sheng)层(ceng)屈(qu)服(fu)机(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)发(fa)生(sheng)(sheng)的(de)(de)可能(neng)(neng)性(xing)(xing)(xing)(xing),因此比教学(xue)楼(lou)(lou)A和(he)(he)(he)教学(xue)楼(lou)(lou)C倒塌(ta)得(de)更彻(che)底。③足够的(de)(de)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)件(jian)延(yan)性(xing)(xing)(xing)(xing)抗震(zhen)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)造措(cuo)施(shi),保(bao)(bao)证(zheng)结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)实(shi)(shi)现(xian)整(zheng)(zheng)(zheng)体(ti)(ti)屈(qu)服(fu)机(ji)制(zhi)(zhi)(zhi)目标时(shi)的(de)(de)承(cheng)(cheng)载(zai)力(li)和(he)(he)(he)变形(xing)能(neng)(neng)力(li),这(zhei)一要求(qiu)在很多(duo)框(kuang)(kuang)架结(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)构(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)(gou)抗震(zhen)设计(ji)文献和(he)(he)(he)抗震(zhen)规(gui)范中(zhong)均有(you)(you)明确规(gui)定(ding)。

5   结论

本文根据汶川地(di)震(zhen)极震(zhen)区(qu)几(ji)组倒塌和(he)未倒塌框(kuang)架(jia)结(jie)构的对(dui)(dui)比分析,对(dui)(dui)框(kuang)架(jia)结(jie)构的抗地(di)震(zhen)倒塌能力进(jin)行了研究,得到(dao)以(yi)下结(jie)论:

1) 结构(gou)的抗地(di)震倒塌能力主要(yao)取(qu)决于其整体承载能力储(chu)备(bei)和相应的塑性变(bian)形能力。可采(cai)用基于IDA分(fen)析(xi)得到的结构(gou)倒塌储(chu)备(bei)系数CMR作为定量评价结构(gou)抗地(di)震倒塌能力指标(biao),也可采(cai)用推覆分(fen)析(xi)得到结构(gou)变(bian)形能储(chu)备(bei)指标(biao)。

2) 充分利用填充墙(qiang)使框架结构(gou)形(xing)成双(shuang)重抗震(zhen)(zhen)防线,可显著提高框架结构(gou)抗震(zhen)(zhen)承载能(neng)力,提高其抗地震(zhen)(zhen)倒(dao)塌能(neng)力。填充墙(qiang)自身应(ying)具有一定承载力和变形(xing)能(neng)力。

3) 保证(zheng)结(jie)构(gou)具有足够的冗(rong)余(yu)度可(ke)显著(zhu)增强(qiang)结(jie)构(gou)的抗(kang)地震倒塌(ta)能力。设计中应从整体角度提高(gao)整个结(jie)构(gou)的冗(rong)余(yu)度,不必设置过多的抗(kang)震缝。

4) 增强(qiang)结(jie)构(gou)整体性,采(cai)取(qu)有效措(cuo)施保证(zheng)实现结(jie)构(gou)整体屈(qu)服机制,可使得整体结(jie)构(gou)的承载能力(li)和(he)变(bian)形能力(li)能够得到最大程度地发挥。为此,需对保证(zheng)结(jie)构(gou)实现整体屈(qu)服机制的有关规(gui)定进一步(bu)完善。

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