高强配筋框-剪结构的抗震分析
第２７卷域髑
２００７年４月
防灾减灾王程学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤｉｓａｓｔｅｒＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄＭｉｔｉｇａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ。２７。Ｓｕｐｐｌ．
Ａｐｒ．２００７
高强配筋框一剪结构的抗震分析’
姚震宇１’２，陆新征１’２，叶列平１’２，缪志伟１’２
（１。溃牮大学主本黑程系，ｌｌ寨１０００８４｜２。渍华大学续褥芏程与振动教窍郑重点实验室，憩索１０００８４）
摘要；雀橇一剪结构的剪力墙中配王高强销筋可以显著提离冀安全储备，使得剪力墙在框架之詹屈服．并改变地震
剪力的分配规律。利用ＭＳＣ．Ｍａｒｅ２００５以及清华大学在ＭＳＣ．Ｍａｒｅ基础上升发的混凝土扦雏模型程序ＴＨＵ—
ＦＩＢＥＲ和适薅予剪力墙姆构非线拄分析的分层壳墙单元糗繁，对表强配筋及静通配筋的２个８屡钢筋混凝土橇一骜戆襁避舒了静力箍覆分祷争窦蓐地震浚嚣蔑下砖动力簿程分耪，重点瞬究？燕强钢菸砖缓一劈骛耱藐震往嚣教莉的效果。研究结果表嘴，剪力墙中采甩尚强钢筋配筋后，改裳了剪力墙和嘏黎的剐度退化规棘，提高了剪力墙的屈服馘度，且同时具有较好的极限变形能力，可以有效提高撩个结构的安全储豁．对结构抗震是荫利的。关键溺：框一剪结构；高强钢筋，静力推稷ｆ动力Ｉ非线性孛黧分类号：ＴＵ３５２．１
交藏标识码：Ａ
文章编号：１６７２—２１３２（２００７）堪强一０１３３—０５
。
震下的安全性有着非常显著的效果。特别是通过提高
０
引言
框架一赘力墙结构是爨蘸在高层建筑孛使用最
整个结构中的生要结构的弹性变形能力，控制豳予主要结构进入非线性丽带来的位移模型不确定性，霹以受为有效建实瑷基于位移／性能的抗震设计方法。因此，基于体系能力抗震理论的设想“］，通过在框一剪结构的主要结构——剪力墙中引入高强钢筋。提高其屈服位移，进而控制地震下的变形模型，同时利用框架部分来溃耗她震麓量，有可能实现更好戆抗震髅能。本文将通过数德分析来讨论采用高强配筋带来的框一剪结构抗震性能的改善。
为广泛鹣一种结构形式。出于其在弹性除段层闻变形分布较为均匀，故一般具有较好的抗震性能。但是，由予框架和剪力墙两个结构的非线性变形行为有着较大差别，所以在中震和大震下非弹性阶段框架纛剪力墙之闯豹地震力分配一直是一个需要深入讨论的问题。
根据现有研究［１’２］，普通配筋的剪力墙结构由于其层问位移角弹性极限假远小于框架结构，因此在她震俸餍下，在不丈戆层鬻位移焦下，剪力墙就会莒先进入屈服，由于剪力墙是主要抗蘅力缮梅，它进入塑性会对层刚度分布产生较大影响，进而影响结构的位移模式和能量分布，导致变形和耗能集中，对结构的抗震安全性有着不利的影响。
蕊根据文献［３－－－－５］鹩研究，通过在钢筋混凝±构件中引入高强钢筋，可以有效提高构件的强度、变形能力、安全储备和震后自复位能力，对提高结构在地
１计算模型
本文分析的结构同文献［１］中所设计的８层规则框一剪结构办公楼。根据《建筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１—２００１）口３翻《高屡建筑混凝±结构技术规程））（ＪＧＪ３—２００２）Ｅ钓的要求，拳ｊ殿ＰＫＰＭ软箨设诗，第一层层高４．５ｍ，其余层层高为３ｍ，其截面参数见表１，结构平面布嚣如图１所示。主要设计参数如下：
表１建筑模溅截越参数
?收稿日期：２００６一ｌＯ一２６｝修回日期：２００７—０１一１０
作衡简介：姚震字（１９８４一），男，本科生。盥要从事结构动力学方面的研究。
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防灾减灾工程学报第２７卷
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图１模型平面布置
该建筑场地为Ⅱ类，抗震设防烈度为８度，设计基本地震加速度毽巍０。２０ｇ，设计地震分组为第一缀（文献［７二）。剪力墙抗震等级为一级、框架抗震等级为二级（文献［８］）。模型的剐度特征值Ａ＝１．９８，模烈短跨方向的周期Ｔ＝０．６０ｓ，满足结构的合理周期范围（文献［１］＞。
对手普通配籁框一剪结橡，钢筋缴志受力钢筋选用ＨＲＢ４００，箍筋选用ＨＰＢ２３５，并称之为“基本模型”。而对于高强西已筋框一剪结构，则将剪力墙中的钢筋按等面积替换为ｌ８６０级高强钢绞线。
撮据ＰＫＰＭ约设诗结果，在ＭＳＣ。Ｍａｒｃ程彦中建立了该结构的有限元模型，结构的具体简化方法参见文献［１］。其中框架梁柱及剪力墙暗柱采用ＴＨＵＦＩＢＥＲ来模拟，剪力墙采用分层壳墙单元模型来模拟。ＴＨＵＦＩＢＥＲ程序（文献［１】＞嗍基予纾维禳燮潍鲷，将镶筋混凝土框架载瑟翅努成一系甍酶镪筋纤维和混凝土纤维，可以较好地模拟钢筋混凝七框架结构的各种非线性行为，且与试验结果吻合较好（文献［４］）。分层壳墙单元基于复食材料力学原理，将赢单元翅分成混凝主层翻镶麓屡，可以考虑剪力墙的轴压破坏，褥内弯益破坏、西内剪切破坏、瑟外弯曲破坏以及上述各外力耦合作用下的破坏行为，计算结果同样与试验结果吻合良好（文献［１３）Ｅｎ。引。因此，本文基于上述程序，可以较好囊毽模拟麓一剪结梅在地震下的各耱菲线性行为，并进行襁应的讨论。
２静力推覆分析
为了清晰地了解结构在整个失效过程中的行为，对上述高强配筋模型及基本模型进行静力推覆分析（Ｐｕｓｈｏｖｅｒ）。茵先对结构施加自重荷载，而后对结梅旌搬承乎倒三角蕊载，如蚕２掰忝。采魇弧长法控铡，逐步增大荷载。计算得蓟的结构顶点位移翔基底剪力的关系如图３所示。结构是要受力和变形特征如表２所示。其中，以纵筋最大拉应变达到屈服应变佟为剪力墙的屈服点，由几何佟圈法褥到框架的
屈服点，以剪力墙受压侧混凝土达到我网混凝土规范规定的压溃应变为结构戆极限变形点。鸯表２可见，高强酝筋结构在最终破坏时能承受更大的变形，并且与溅本模型相比，高强配筋模型的结构基底屈服总剪力有很大的提高。最大可提高８５％左右。
图２静力推覆侧向力模式
互、
茕器延鞴
渤辨鲫枷啪蝴辨椭黼结构硕点位移／ｉ１１１１１
图３基底剪力一维梅顶点位移荚系
袭２静力推覆分援绥构主要受力鞠瓷彩毒毒薤
２．１框架、剪力墙刚度退化规律
由静力推覆结果可褥框架秘剪力墙豹剐度退诧
增刊娆震字等：高强配筋框一剪结构的抗震分析
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规律如图４所示，其中刚度退化系数为当前阶段的割线抗接刚度与弹性别度鳃毙值。在层闽位移角ｌ／２００以前，势力墙秘翟絮鹃藤度送纯烹要是由于混凝土开裂导致。由于框架的超静定次数较高，所以刚度退化相对较慢，在这个阶段高强配筋模型和基本模型的行为差别不大。丽当层闻位移危达到１／２００浚后，燕强酝簸模型圭予镶荔届蒎较晚，所以爨褒基本稳定，剪力墙后期刚度明显高于基本模型，这将对框架一剪力墙之间的地震力分配产生重瑟影响。
总剪力，即对框架是有利的。而剪力墙承受的总剪力值ｙ骢，也是不断增大约，对剪力墙配置高强钢筋可使势力墙的嚣激总剪力有较大的舞高，最大霹舞高１３９％，即剪力墙在框架屈服盾可继续吸收地震水平剪力。
在整个摊覆过程中，框架分担的剪力比例ｙＦ／ｙ慧酶变化规律较复杂，逮主要与框架翻剪力墙各自的刚度退亿过程有关。普通配筋的框一剪结构的ｙ，／ｙ总在加载后期会出现明显的升高，这主要是由予随着剪力墙屈服，框架承担的侧向力的比例升高；瑟对予剪力墙高强配荔的框一剪结构，可以餐出其
舔蜷Ｓ！鹭恺甚
ｙＦ／ｙ盛在达裂簸大值２７。８％薅逐渐下降，最大萄下降到基本模型的５０％左右，这主要是由于高强配筋的剪力墙屈服变形大于框架，在框架屈服之后，剪力墙仍能有效地发挥其抗侧力作用。这对框一剪结构的安全性是纂常蠢耩的。
豳４框架及剪力墙割线刚度退化规律
２．２结构不同阶段水平剪力的分配
根据分橱不嗣獯点位移时所对应的结祷露力状态，以静力推覆下水平剪力的分布，可得如表３所示的结构不同受力阶段。
表３结构举麓受力阶段
多、
采器蘧琏避球蜷
骜避瑟簸基搴搂登（１）剪力墙和框架都为弹
性阶段，对应顶点位移
为５．７ｍｉＤ．
毒强酝簸撰受（１）剪力墙和樵架都为弹
性阶段．对磁顶点位移
为３．９ｍｍ
结籀硬患位移／ｍｍ
（２）文敲［２］建议剐度特缀
毽盖迭最大（鼯最大臻
阕位移危达１／５００＞时，对应顶点位移为
４２．１ｍｍ
（２）文献［２］建议剐度特征
值天达最犬（帮最大星
闻位移角这１／５００）时，对应顶点位移为
４２．９ｍｍ
茧
、
灰
器
：碹
（３）剪力墙屈服前，对应顶
点缆移灸１２９。９ＩＴＩＴＥＩ（４）势力壤嚣派惹，框絮嚣
服髓，对应顶点位移鸯２１２．８ｍｉｌｌ，框架屈服
后，对应顶点位移为
２６７．６ＴＤ．ｍ
（３）框架屈服前，对应顶点
位移为２１０．０ｍｍ
齄蠼嗣｝靶
（莲）程絮鑫歉麓，蒡力壤嚣
服前，对应疆点位移力
４７５．７ｎｌｍ
结撺璜点位移，溉
（５）剪力墙屈服盾，对应顶
点位移为６４７．０１Ｔｉｍ
嚣筮Ｒ蚕雩Ｉ求避暑Ｉ《骝
计算得到框架底部总剪力、剪力壤底部总剪力以及框剪分担剪力比例如图５～图７所示。在整个推覆过程中，框架承受的总剪力值ｙＦ是不断增大的（图５）。对剪力壤配爨蒜强锯筋可使梃架新承受的剪力德在鸯曩载后麓有明显的下降，最大霹下降１８％左右。即当结构开始进入屈服状态时（或在较强地震下），剪力墙配置高强钢筋可以减小框架的基底
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