第１ ４卷第２期 ２０１６年６月 工业技术与职业教育 Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇＹ＆Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ ·７’ 钢筋混凝土框架结构抗震能力评估研究 陈海霞，李 凯，洪学娣 （唐山工业职业技术学院，河北唐山０６３２９９） 摘 要：为了有效的评估框架结构抵挡地震作用能力，结合我国现行抗震设计规范，从构件的实际尺寸和配筋入手，利 用ＥＴＡＢＳ软件，借鉴结构的强度和延性，分析建筑结构的抗震能力。通过此方法不仅能够定量评估建筑物的抗震能力，还 能找到抗震能力不足的部位，为后续的加固提供了基础。 关键词：强度；延性；抗震能力评估 中图分类号：ＴＵ３７５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７４—９４３Ｘ（２０１６）０２—０００７—０３ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ—Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ０ｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｆｒａｍｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＣＨＥＮ Ｈａｉｘｉａ，ＬＩ Ｋａｉ，ＨＯＮＧ Ｘｕｅｄｉ （Ｔａｎｇｓｈａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３２９９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｅｖａｌｕａｔｅ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｗｉｔｈｓｔａｎｄ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ，ｉｎ ｔｈｉｓ Ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｉｓｍｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｎｄ ａｃｔｕａｌ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｗｅ ｕｓｅ ＥＴＡＢＳ ｐｒｏｇｒａｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｔｏ ｃｏｍｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｏｆ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃａｎ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｅ ｓｅｉｔｓｍｉｃ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｆｉｎｄ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｓｅｉｓｍｉｃ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ０ 引言 目前，我国处于地震活跃期，建筑物在地震作 筑物弹性静力分析，计算建筑物各杆件的内力。得 到粱、柱杆件的内力值后，判断破坏模式，求的各 用下会产生巨大的经济损失和人员伤亡，例如２００８ 年的汶川地震。为了避免地震造成的严重后果，国 上下节点柱断面的剪力，得到第ｉ层上半层和下半 层的地震作用放大系数ｏｔ ，由此得到半层构件屈 服时的地表加速度Ａ ，结构系统延性容量Ｒ，容 内抗震设计条文进行了多次的修订，２０１１年１月 也开始执行最新的《抗震结构设计规范》 。尽管 如此，在地震发生时，已建成的建筑物中，还有大 评估建筑物的抗震能力，并依据评估结果进行适当 的加固显得尤为重要。 许延性容量Ｒ ，结构系统的地震折减系数Ｆ 最 后得到抗震能力Ａ。 。 量的因抗震能力的不足而发生的灾害。因此科学的 ２ 结构抗震能力计算 结构抗震能力计算如下： １）根据梁、柱构件的实际尺寸和配筋，计算 其强度和延性。 １ 结构抗震能力评估分析 抗震能力指在地震作用下，造成建筑物破坏时 的地面加速度。在地震作用下，建筑物以延性、强 度来抵抗地震。小地震时建筑物依靠自身延性抵抗 ２）用ＥＴＡＢＳ软件在地震加速度为０．１ｇ时， 进行梁、柱杆件内力分析。将建筑物各半层视为一 个自由体，由梁柱节点的破坏判断，柱先破坏还是 梁先破坏，进一步求出剪力及对应的延性比 。 在求解延性比时先对梁柱破坏形式判别。 定义梁破坏时由地震造成的弯矩和０．１ｇ地震 作用下造成弯矩的比值为Ｂ， Ｒ一 归 一 Ｍ ＥＢｉ 地震；中震时，各构件中钢筋承受的地震作用力增 加，混凝土出现了明显裂缝；强烈地震时，各构件 的钢筋屈服，再利用其延性继续抵抗地震，当延性 用尽时，建筑物就会破坏，此时所对应的地面加速 度即为抗震能力Ａ …。 ）［２］ 进行抗震能力评估时，根据建筑物实际的尺寸 及配筋，计算出各杆件的强度及延性。在建筑物上 定义柱破坏时由地震造成的弯矩和０．１ｇ地震 施加地震作用（７度、０．１ｇ），采用ＥＴＡＢＳ进行建 作用下造成弯矩的比值为Ｃ， 收稿日期：２０１６—０４—１２ 作者简介：陈海霞（１９７９一），女，山西阳泉人，硕士，讲师，主研方向为结构工程。 工业技术与职业教育 第１４卷 Ｃ＝ ∑ ｌ，ｃ 一Ｍ ） 。 ∑Ｍ 。 向）的自振周期为Ｔ 。＝１．７０５２ｓ，Ｔ 。＝２．４２５８ｓ，该 建筑物高２３．７ｍ、长７６．２ｍ、宽１９．８ｍ，该建筑物 自振周期为３．６４８ｓ，评估所有的周期取两者最小值， 然后进行延性比及剪力计算 强柱弱梁。当为弱柱强梁时，延性比为柱的延性比， 剪力按照柱的剪力计算。当为强柱弱梁时，取左、 ＝１．７０５２ｓ，ＴＹ。＝２．４２５８ｓ 。 当Ｂ大于Ｃ时为弱柱强梁，当Ｂ小于Ｃ时为 故Ｔｘ。３．３编写数据文件 建筑物的主要材料如下： 右梁的延性比来加权计算，公式如下： ＲＬ （Ｍ，＾一Ｍ “）＋ ×（ＭｆＲｉ—ＭＤｚｅ，）［４］ ∞一ＭＤｒ，ｎ）＋（ＭｆＲｉ—ＭＤｚ ）ｌ 剪力为： ，＋ ｍ×Ｂ［５］ ３）计算各半层的屈服地面加速度 ４）根据各半层的综合延性比，求的结构系统 的地震折减系数Ｆ小乘以第三步屈服地面加速度， 得到各半层的抗震能力 。 结构地震力的折减系数为结构屈服后地震加速 度提高的倍数。Ｆ 计算公式如下： ０Ｉｌ＋ ≤ｒ≤ １ｊ 厨 一厨 ｃＴ］＿Ｔｇ －２０ ｌ ＿０．１， ＋（ 一Ｉ’ Ｔ－０．１ ０．ｉ≤ １＋三Ｌ二 １ ２ １．Ｏ ｏ．０２ Ｔ ０ ｌ 也 １ 注：Ｒ 为容许延性容量，Ｔｇ为特征周期（单 位Ｓ），Ｔ为建筑结构的周期（单位Ｓ） 。 ３ 实例分析 ３．１工程概况 本工程为某县农民工培训示范基地综合楼，地 下ｌ层，地上６层。该建筑抗震设防烈度为７度， 设计基本地震加速度值为０．１ｇ，设计地震分组为第 一组，场地类别为Ⅱ类。结构平面布置图如图ｌ。 ＝ ：。［ｌ… ＝ ｛ ～¨ ｌ４一 ４ —Ｌ—— —－４－～ 一牟 ４｛一｛一 ～ ：＿｛一．—喜 毒一－～ 图１结构平面布置图 ３．２建立模型 用ＥＴＡＢＳ软件建立模型，由于此建筑第一层 为地下室，因此，在第一层顶节点处施加ｘ、Ｙ方 向的约束进行分析，框架结构ｘ向（纵向）、Ｙ向（横 １）混凝土强度 框架柱：地下一层为Ｃ３５，一层至四层为 Ｃ３０，四层至顶层为Ｃ２５，Ａ—Ｃ轴地下一层至一层 为Ｃ２５；框架梁：地下一层至四层为Ｃ３０，四层至 顶层为Ｃ２５，Ａ—Ｃ轴地下一层至一层为Ｃ２５。 ２）钢筋强度 钢筋采用ＨＰＢ３００级钢（ｆｙ＝２７０ＭＰａ），ＨＲＢ３３５ 级（ｆｙ＝３００ＭＰａ），ＨＲＢ４００级（ｆｙ＝３６０ＭＰａ）。 在使用ＥＴＡＢＳ软件进行分析前，还编写了框 架内力信息文件即ＥＴＡＢＳ—ＦＲＡＭＥ．ｔｘｔ，ｘ方向框 架信息文件即ＮＮＧＢＫＳＤＬＥＶＸ．ｔｘｔ，Ｙ方向框架信 息文件ＮＮＧＢＫＳＤＬＥＶＹ．ｔｘｔ 。 ３．４对各楼层抗震能力进行评估 对此建筑ｘ向（纵向）、Ｙ向（横向）各半层能抵抗 的最大地震加速度及相对应得廷陛容量见表１、表２ 。 表１ Ｘ向抗震能力评估 楼层上半层（下半层）延性容量 翥需鬟 ） Ｏ ， 上 皇层 １．９９４４５ １．９９３６５ 下 层 １．９７２４３ １．５２１ｌ６ 上 层 １．９９３３１ １．８８９９０ 下 层 １．９６８８１ １．４３７７１ ４ 上 生层 １．９８５５１ １．７４３５２ 下 §层 １．９５９７８ １．２４３６５ 上 层 １．９７７４３ １．５５６７３ 下 皇层 １．９３８６７ ０．９６５４３ 上 层 １．９６６７７ １．３２１７２ ｚ］ 层 １．９５２７３ １．０１２１３ 上 层 １．８５４３２ １．３３３０７ 下 层 １．８７２４３ １．３８７６４ ０ 上 层 １．７７５４３ ０．８８３２５ 表２ Ｙ向抗震能力评估 楼层上半层（下半层）延性容量 皇翥 矍 ） ６ 刍层 １．９８４６１ １．９８７９５ 层 １．９６００１ １．５１０３６ 上 层 １．９８７６５ １．８７２２１ 层 Ｌ９５６８９ １．４２９９１ ４ 层 １．９７４９６ １．７３７８８ 层 １．９４８８９ １．２３２２１ 上 层 １．９６６６８ １．５３８７９ 下 层 １．９３８６７ １．１１２４３ 。 上 层 １．９５９７６ １．３１４７５ 下 层 １．９４２８３ １．００３６４ ｌ 上２－ 层 １．７８６９２ １．３２７９０ 下 层 １．７４２９１ １．３６３４５ ０ 上 层 １．７１２８５ ０．６２５８０ 第２期 陈海霞，李 凯，洪学娣：钢筋混凝土框架结构抗震能力评估研究 ·９· 由上表知各楼层的抗震评价结果ｘ方向第一 尽时建筑结构破坏，从分析来看建筑结构从顶至底 层（地下室）的底部，Ａｃ＝０．８８３２５ｇ，崩塌由第 剪力、弯矩逐渐增大，抗震能力逐渐减少。 一层底部控制，Ｙ向第一层（地下室）的底部， 对此建筑抗震评估表明，该方法不仅能够定量 部位为后续的加固提供了基础。 【参考文献】 【１】孙治国，王东升，李宏男，郭迅，司炳君，王清湘．汶 Ａｃ＝０．６２５８０ｇ，崩塌由第一层底部控制。故此建筑 评估建筑物的抗震能力，还能找到抗震能力不足的 的抗震能力为这两者的最小值０．６２５８０ｇ。 ４ 结论 依据此评估程序中，粱、柱、框架节点的破坏 信息看出，建筑物的框架梁基本都是适筋梁，大部 分都是弯矩屈服后的剪力破坏，满足强剪弱弯的原 川地震钢筋混凝土框架震害及震后修复建议【Ｊ】．自然 灾害学报，２０１０（４）：１ １４—１２３． ［２１杜志强，基于性能的ＲＣ框架结构抗震加固研究【Ｄ】．沈 阳：沈阳建筑大学，２０１１：５８—６３． 则，延性较好，对于框架节点和构件来说，大部分 【３】庄悦，吴庆．锈蚀钢筋混凝土梁受弯性能有限元分析…． 四川建筑科学研究，２０１ｌ（５）：２３—２５． 都是构件先屈服破坏。满足强节点弱构件的原则， ４］白雪霜．现有钢筋混凝土框架结构抗震鉴定方法试验研 延性较好。对于框架柱单元，建筑物柱承受的轴力 【相对于弯矩较小，基本上都是大偏心柱，从破坏形 式看，基本上都是屈服后剪力破坏，延性较好。 从整个建筑来看，各楼层的粱、柱的截面尺寸、 配筋变化不很大，本文的抗震能力评估是从截面的 实际配筋入手，依据实际配筋计算各楼层的强度和 延性，当地震发生时建筑结构先用强度进行抵抗， 当地面加速度增大时再用延性进行抵抗，当延性用 究［ＤＩ．北京：中国建筑科学研究院，２０１２：４８—５６． 【５ Ｊ雷托，钱江，刘伯权．既有钢筋混凝土框架结构基于性能 的抗震评估…．工程抗震与加固改造，２０１３（３）：１１３—１１５． ［６】王飞．竖向不规则钢筋混凝土框架结构基于性能的抗震 评估方法［Ｊ】＿城市建设理论研究，２０１３（２３）：３２—３４． 【７】陈辰．现浇楼板对钢筋混凝土框架结构抗震性能影响的 研究［Ｄ］．吉林：吉林建筑大学，２０１５：ｌ１１一ｌ１８． ［８］张文利．实配钢筋“强柱弱梁”型框架结构形成因素分 析…．建筑结构，２叭６（２）：２０—２２． （上接第２页） 由于重心位置随时间变化，由此产生的惯性力 现以五十铃汽车底盘搅拌车为例，重车平地静 或多或少的传递到方向盘上，难以准确掌握转弯角 止的稳定幅Ｂ＝１２３５ｍｍ，转弯半径Ｒ取１．５ｍ，车 度和速度，从而使稳定性降低。 辆重心离地高度Ｈ＝２２００ｍｍＨ ，搅拌罐顺时针转 ３．车辆在转弯时能产生离心力，离心力的 动（从车尾看）左转弯时ｅ＝３１８ｍｍ，则有效稳定幅 大小与速度和半径变化率成正比关系，速度越 Ｂ４＝１２３５一ｅ＝１２３５—３１８＝９１７ｍｍ＝０．９１７ｍ，将Ｂ４值 大，半径变化率越大，离心力越大，车行驶稳 代入式（９）得：Ｖｆ＝７．８２ｍ．Ｓ一＝２８．２ｋｍ．ｈ～，安全车 速Ｖ＝７０％Ｖｆ＝１ ９．８ｋｍ．ｈ～。 定性越差。 ４．车在转弯时，拌筒的转动方向和速度对其稳定 右转弯时ｅ＝３４２ｍｍ，则有效稳定幅Ｂ ＝１２３５一 性影响较大，搅拌车在左、右转弯时速度应有所不同。 ｅ＝１２３５—３４２＝８９３ｍｍ＝０．８９３ｍ，将Ｂ 值代入式（９） 得：Ｖｆ＝＝７．７２ｍ．Ｓ一１＝２７．８ｋｍ．ｈ～，安全车速Ｖ＝７０％ Ｖｆ＝ｌ９．４ｋｍ．ｈ～。 【参考文献】 ［１］贺劲，周润伽，帅国菊．论混凝土搅拌运输车的行驶速度 ［Ｊ］．建筑机械，２００３（０７）：３６—３８． ［２】刘凯，张志军．砼运输车转弯临界侧翻速度研究［Ｊ］．公路 与汽运，２０１３（６）：２０—２３． 【３】胡素云，王窈惠，宋友发．混凝土搅拌运输车行驶稳定性 分析［Ｊ】．筑路机械与施工机械化，２０１０（１１）：７８—８１． ［４］刘丽华，杨建军．混凝土机械日常使用与维护［Ｍ］．北京： 机械工业出版社，２０１０：４５—４６． ［５】陈志军，罗永前 一种混凝土运输车横向行驶稳定性研究 …．重庆电子工程职业学院学报，２００９（４）：９８一１００． ［６】倪菲菲．混凝土搅拌运输车侧翻预警技术的研究【Ｄ】．重 庆：重庆交通大学，２０１３（９）：８２—８４． 此外，影响车的稳定性还有其他一些因素。如 路面质量，车体颠簸造成的振动等 Ⅲ】，这里不作 详述。 ２ 结论 １．对搅拌车用失稳角来表示其行驶稳定性，能 确切的刻画其稳定性程度。 ２．由于转弯使重心改变，从而使稳定性降低。
