高层建筑框架结构抗震性能分析理论探讨

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　　摘要：本文对建筑结构抗震性能进行了基本理论内容的研究。结合国内外相关的工程实际，首先对国内外高层建筑框架结构的抗震分析理论做了阐述；然后通过阅读相关的文献资料，对高层建筑框架结构的抗震加固措施做了阐述；最后对高层建筑框架结构的抗震性能评估方法进行了总结。
　　 关键词：高层建筑；框架结构；抗震性能
　　
　　1 结构抗震性能分析理论研究
　　 1.1 经验评估法。指通过对大量地震震害事例的分析，提出结构抗震性能的评估原则的方法。我国国家标准《建筑抗震鉴定标准》从编制原则上讲就属于经验评估法。其基本思路为：从结构抗震设防目标出发，根据建筑结构的地震震害分析成果，确定其结构布置、整体性及结构构件的连接是抗震评估的重点；对实际建筑的结构布置，构件形式，屋盖支撑，排架柱和柱间支撑，构件连接及围护墙连接构件等进行现场观察、观测，通过与震害事例的对比、判断结构所具有的抗震性能；必要时进行结构的抗震承载力验算。优点：专家能够充分利用已有的经验，对建筑物进行宏观的鉴定。
　　 1.2 振动测量评估法。基本思路：利用环境脉动法等对建筑结构的动力特性的进行测试，利用谱分析方法识别结构动力特性，通过对位移时程进行自谱、互谱、相位谱及相干函数等内容的分析，确定结构的自振频率、振型和阻尼，进一步得到其刚度分布。然后，由刚度与强度及抗震承载力之间的关系，得到结构强度及抗震承载力。最后，通过现场实测为基础得到的强度及抗震承载力值与设计所要求或破坏性实验得到的值的比较，对工程结构的抗震能力及使用安全性做出较客观的评估。优点：使用环境脉动法对结构的动力的性进行测量，方便、经济、准确，方法简单，易操作。
　　 1.3 两级抗震鉴定法。基本思路：使用《建筑抗震鉴定标准》中的两级鉴定方法，通过神经网络理论用计算机来完成对房屋的抗震鉴定。优点：能够模拟非线性程度很高的结构的抗震鉴定，可以较好地模拟人的宏观判断，尤其是对目前研究不多的离散度比较大的砌体结构。
　　 1.4反应谱法。基本思路：工程设计人员在运用地震反应谱进行建筑抗震设计时，采用地震影响系数具体反映一定烈度的地震对建筑物作用的大小，以地震影响系数为指标的反应谱法却是反过来，把地震影响系数作为衡量所设计的建筑物的抗震能力的指标，据此而建立结构抗震性能的评估方法。
　　 一定烈度地震区的建筑结构，当其符合抗震设防要求时，其抗震能力应与相应烈度的地震影响系数对应，在此称该影响系数为抗震能力系数。把现行国家标准《建筑抗震设计规范》中规定的地震影响系数作为符合抗震设计要求的建筑结构抗震能力系数，检测实际建筑结构的自振频率，从而确定实际的地震影响系数，通过地震影响系数与抗震能力系数的比较，评估建筑结构的抗震能力。若将上述衡量指标由地震影响系数改为位移、峰值加速度或峰值速度，则分别称为位移法、峰值加速度法或峰值速度法，但其原理是一样的以地震影响系数为指标的反应谱法适用于结构在多遇地震作用下处于弹性工作阶段的情况。优点：实用强，易于被广大工程技术人员接受。
　　2 高层建筑框架结构抗震性能分析应用
　　 2.1 工程概况。某建筑大楼采用框架结构形式，框架抗震等级为三级。该工程建筑面积约为4000m2，各层层高为3.9m，现浇楼板，采用挖孔灌注桩基础。内外填充墙采用240厚MU75的普通标准砖，用M5水泥砂浆砌筑。所有构件均采用C20混凝土，I、Ⅱ级钢筋。场地土类别为Ⅱ类，本地区地震设防烈度为7度，地震时地面最大水平加速度为O.1g。
　　 2.2 抗震鉴定分析
　　 （1）第一级鉴定。该工程平面布置呈L形，房屋突出部分的长度与其宽度之比为1．28＞1，其宽度与该方向总长之比为0.18＜0.3；立面基本规则。无砌体结构相连，为钢筋混凝土纯框架结构，有砖砌女儿墙和填充墙等易倒塌构件。经鉴定后本工程不符合第一级鉴定的要求，需进行第二级鉴定。
　　 （2）第二级鉴定。体系影响系数：箍筋的配置、柱的轴压比(0.925)均符合《抗震规范》的要求，但结构平面布置不符合平面规则性要求，取O.8；局部影响系数：由于填充墙与周边的钢筋无连接，对有填充墙的框架取O.8；然后进行第二级鉴定。
　　 （3）鉴定意见。从相关数据结果中分析可以看出楼层横向综合抗震指数均小于1.0，不符合第二级鉴定的要求应采取抗震加固或其他相应措施。
　　 2.3 抗震加固
　　 （1）增设剪力墙法。该法实际上是通过在适当部位增设一定数量的剪力墙，将原框架结构改变为框架．剪力墙结构。一方面通过提高结构的侧向刚度，从而减小了结构在地震作用下的侧移，原有建筑的变形缝可不做处理；其二一由于剪力墙承担了大部分的地震荷载，减小了原框架梁柱的受力，从而避免了大量的梁柱的加固工程；第三通过加固改变结构体系，原框架梁柱的抗震等级降低，配筋构造要求也随之降低。
　　 一般情况下，新增剪力墙的位置设在各分区的四角对称均匀布置，由于这些部位原有围护墙或隔墙，因此基本上不会影响建筑内部的原有功能。新增剪力墙数量根据结构的整体分析计算确定，通过调整剪力墙的长度、厚度以及剪力墙上门窗洞口位置、大小，来控制结构的变形和扭转效应。同时新增剪力墙两端自设端柱，承担了剪力墙的主要弯矩，端柱与原框架柱用交错布置的拉结相连。为避免剪力墙竖向分布筋穿粱对原框架梁造成过多的损伤，设计中将其中一排筋从梁边穿楼板伸入上一楼层，另一排筋在原框架梁位置按等强度原则等代，以减少穿筋数量，但端柱纵筋未进行等代替换，以保证剪力墙边缘构件的连续性。新增剪力墙在原框架梁上下各做一道暗粱，当结构层高较大时，在层高中间再加设一道暗梁。
　　 （2）加固方案。该楼综合抗震能力指数相差较多，拟采用体系抗震加固法――增设剪力墙法对该结构进行抗震加固；该楼的构造处理除了其填充墙与梁、柱无连接外，其他构造方面的要求基本符合《抗震鉴定标准》，因此浚框架本题尚可继续使用，而着重于增设剪力墙。
　　 120mm厚的填充墙为非抗侧力构件，而且平面外易于倒塌，L＞5m与梁有没有连接，可考虑加钢筋网水泥砂浆面层进行加固或作为隔墙在梁墙交接处用钢夹套连接。
　　 （3）加固设计。拟在该楼1～5层设5道钢筋混凝土剪力墙，6～7层设4道钢筋混凝土剪力墙，加固后的结构体系为框架一剪力墙结构形式，抗震等级为二级。
　　 剪力墙的厚度及配筋如下：1～2层采用C25混凝土，厚240mm，横向和竖向配双层Φ14@160钢筋，3～4层采用C25混凝土，厚240mm，横向和竖向配双层Φ14@200钢筋。5～6层采用C25混凝土，厚240mm，横向和竖向配双层Φ12@200钢筋。7层采用C25混凝土，厚240mm，横向和竖向配双层Φl0@200钢筋。
　　 钢筋混凝土剪力墙与原框架的梁、柱，每隔600mm用锚筋埋入构件内10d另一端与墙内钢筋焊接。原有隔墙与顶部框架梁问增设Φ8@500拉筋加强连接。增设剪力墙后，该结构的高宽比为28.3/18.6=1.52＜5，符合7度区要求。
　　结语
　　 科学合理的评价既有建筑的抗震性能，分析研究影响结构抗震性能的主要因素，提出合理和便于实际应用的抗震性能评价方法，对于搞好既有建筑抗震性能的评价和改造加固，使其建立在既经济又安全的原则上等具有非常重要的意义。
　　
　　参考文献
　　 [1].杨仕升，秦荣，赵小莲，谢开仲．建筑结构抗震能力评估技术的研究及应用.世界地震工程，2004(20)
　　 [2].李刚，程耿东．基于性能的结构抗震设计．科学出版社，2004
　　

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