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      框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震地震易損性分析

      2022-11-01 06:26:26
      中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2022年14期
      關(guān)鍵詞:易損易損性異形

      王 恩

      (北京博大經(jīng)開建設(shè)有限公司,北京 101100)

      0 引言

      目前,隨著我國建筑技術(shù)的創(chuàng)新與完善,相關(guān)行業(yè)也得到了進一步發(fā)展,為部分工程施工提供便利條件??拐鸱勒鹛幚硎墙ㄖ┕ぶ嘘P(guān)鍵的一項工作。通常情況下,施工人員會選擇在建筑的承壓區(qū)域或者側(cè)方向支柱區(qū)域構(gòu)建鋼筋混凝土框架剪力墻,作用于多層或者高層建筑的防震處理,傳統(tǒng)的施工通常采用單層級關(guān)聯(lián)或者建筑關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)施工任務(wù)目標,雖然該方式可以完成預(yù)期的建筑任務(wù),但是在實際應(yīng)用的過程中,經(jīng)常會出現(xiàn)側(cè)向彎曲、定向斷裂等問題,對施工效果會產(chǎn)生消極影響,拖慢工程處理的進度。為了解決該問題,減少經(jīng)濟損失,需要對框架剪力墻抗震性能進行測定與檢驗。因此,對框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震地震易損性進行分析。

      針對易損性的處理,從建筑的基礎(chǔ)設(shè)計進行分析,結(jié)合剪力墻的多方向框架,逐步確定抗震的單元效果,構(gòu)建抗震層級,在增大結(jié)構(gòu)剛度,減少層間位移的同時,降低整體框架的易損性,完成測定加固分析,為后續(xù)的建筑處理提供理論依據(jù)。

      1 框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震地震易損性分析

      1.1 增量動力及易損指標測算調(diào)整

      在對框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震地震易損性進行分析前,需要先對增量動力及易損指標作出測算調(diào)整。一般情況下,框架剪力墻多被應(yīng)用在高層級的建筑中,與內(nèi)部承壓結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的同時,由于外部因素的影響,再加上抗震架構(gòu)的輔助,形成彈性形變,加重建筑的易損程度。所以針對基礎(chǔ)建設(shè)情況,需要先測定動態(tài)增強動力,如公式(1)所示。

      式中:為動態(tài)增強動力,為應(yīng)變系數(shù),為易損變量,為動力極限值。

      通過上述計算,最終可以得出實際的動態(tài)增強動力。根據(jù)特定的標準,調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)的承壓面積,并更改抗震結(jié)構(gòu)的搭接角度,推斷出具體的易損范圍,采用IDA的分析方式,對基礎(chǔ)性的易損驗證指標的合理性以及完整性進行驗證,同時,設(shè)定震動強度指標。在所設(shè)定的每個周期內(nèi),進行測定的記錄,實現(xiàn)高頻分量過濾,最終完成對增量動力及易損指標測算的定向調(diào)整。

      1.2 異形柱框剪結(jié)構(gòu)建立

      在完成對增量動力及易損指標測算的調(diào)整后,接下來,需要根據(jù)建筑抗震結(jié)構(gòu)的形變狀態(tài),建立異形柱框剪分析結(jié)構(gòu)。在非線性易損標定分析的背景下,結(jié)合結(jié)構(gòu)內(nèi)部的單質(zhì)化單元,測定彈塑性形變狀態(tài),與此同時,結(jié)合PERFORM-3D 技術(shù),計算出多線程地震波頻率,如公式(2)所示。

      式中:為多線程地震波頻率,為配筋作用強度,為對比易損差值。

      通過上述計算,最終可以得出實際的多線程地震波頻率。此時,對異形柱的形變狀態(tài)觀測,將模擬波動調(diào)節(jié)至合理狀態(tài),在線性搭接作用下,構(gòu)建異形柱框剪分析模型,如圖1 所示。

      根據(jù)圖1,構(gòu)建異形柱框剪單向分析模型,獲取異形柱框剪結(jié)構(gòu)相關(guān)受力數(shù)據(jù),以便接下來的框架剪力墻結(jié)構(gòu)易損性分析。

      圖1 異形柱框剪結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)單向模型圖

      1.3 塑性抗震易損模型構(gòu)建

      在完成對異形柱框剪結(jié)構(gòu)的后,接下來,需要構(gòu)建塑性抗震易損模型。將建筑抗震結(jié)構(gòu)劃分為約束區(qū)和非約束區(qū),采用Concrete02 的架構(gòu)作為基礎(chǔ),增加剪力墻的混凝土厚度,在定向的抗震易損周期內(nèi),進行狀態(tài)對比,見表1。

      表1 抗震易損周期狀態(tài)對比表

      根據(jù)表1,可以對抗震易損周期狀態(tài)進行對比與分析。結(jié)合塑性抗震能力,劃定此時的易損值范圍,并加固剪力墻,構(gòu)建塑性抗震易損模型。

      1.4 增量動力法實現(xiàn)剪力墻抗震易損性分析

      在構(gòu)建塑性抗震易損模型以后,結(jié)合增量動力法實現(xiàn)剪力墻抗震易損性分析。依據(jù)得出的增強動力,調(diào)整最大層間的位移角,并與地震動強度形成關(guān)聯(lián)關(guān)系,即IDA 曲線。隨機IDA 分析方法通過選擇跟結(jié)構(gòu)場地相適應(yīng)的地震動,將其與結(jié)構(gòu)隨機參數(shù)抽樣及設(shè)計,抽樣及設(shè)計方法分別選擇拉丁超立方法、正交設(shè)計。然后得到一組地震-結(jié)構(gòu)隨機樣本對,通過分析獲得結(jié)果。在標定易損范圍內(nèi),營造抗震環(huán)境,分別設(shè)定52%、18%、85%的易損分位,計算出抗震易損反應(yīng)概率函數(shù),如公式(3)所示。

      式中:為抗震易損反應(yīng)概率函數(shù),為定義易損系數(shù),為失效距離。

      通過上述計算,最終可以得出實際的抗震易損反應(yīng)概率函數(shù)。在正態(tài)分布狀態(tài)下,通過調(diào)整增強動力來控制易損范圍,在不同的環(huán)境下,完成對框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震地震易損性的分析。

      2 實例分析

      2.1 A 工程抗震處理施工現(xiàn)狀

      A 工程是一座高層級的多變建筑,實際上可以看做異形柱框架剪力墻住宅樓房。大樓的底層層高預(yù)設(shè)為4.15m,分為上層與地下室,地下室總體為3 層,其中一層為車庫。上層的高程距離均設(shè)定為3.5m,內(nèi)部結(jié)構(gòu)總高度為30.5m,大樓建筑的總面積為2254.35m。在建設(shè)施工初期,為了提升建筑整體的安全性與穩(wěn)定性,工程施工人員在樓房內(nèi)部安裝關(guān)聯(lián)了防震處理結(jié)構(gòu),如圖2 所示。

      根據(jù)圖2,可以完成對A 工程防震結(jié)構(gòu)的設(shè)計。由于A 工程建設(shè)位置震點較多,因此,需要將抗震設(shè)防烈度為 6.5 度,建筑的場地類別為Ⅱ類,框架剪力墻的特征周期為0.15 s。隨后,為了增加建筑整體的等效處理效果,需要在“L”形柱、“T”形柱之間加設(shè)等肢長柱,計算出肢長高度,如公式(4)所示。

      圖2 A 工程防震結(jié)構(gòu)圖示

      式中:為肢長高度,為防震覆蓋面積,為震點數(shù)量。

      通過上述計算,最終可以得出實際的肢長高度,與此時的高程深度進行對比,將存在的差值控制在合理的范圍內(nèi)。

      側(cè)向剪力墻的邊緣構(gòu)件為825mm~1025 mm,雖然可以形成定向的承接抗震效果,但是建筑整體的厚度與抗震柱肢并不相同,逐步形成側(cè)向彎曲、斷裂等問題,等級異形柱無法達到預(yù)期的應(yīng)用效果,鋼筋的總體強度等級也僅可以達到HRB400,逐漸促使工程抗震處理現(xiàn)狀變得更加糟糕,對后續(xù)的施工處理形成阻礙。

      2.2 A 工程框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震易損實證

      在完成對A 工程抗震處理施工現(xiàn)狀的分析之后,針對工程的整體施工效果,對其框架剪力墻結(jié)構(gòu)抗震易損實證。首先,結(jié)合建筑的構(gòu)建情況,計算出具體的抗震損性強度,如公式(5)所示。

      式中:為抗震損性強度,為剪力剛度,為定向剛度。

      通過上述計算,最終可以得出實際的抗震損性強度,承接基礎(chǔ)抗震能力,在特定的地震動強度環(huán)境下,修改調(diào)整剪力墻的側(cè)向角度,控制對數(shù)均值以及對數(shù)標準差,明確具體的易損范圍,在最大層間位移角的背景下,觀察框架剪力墻的彎曲程度,繪制正態(tài)分布函數(shù),如圖3 所示。

      根據(jù)圖3,利用三維模擬技術(shù),針對設(shè)定的易損點,還原剪力墻的震動實況,在不同的震動強度作用下,只針對易損覆蓋區(qū)域,逐步調(diào)整最大層間位移角的偏重方向,減少剪力墻的實際承壓力,在不同的水平狀態(tài)下,進行等效易損性斜率的計算。

      圖3 正態(tài)分布函數(shù)呈現(xiàn)圖示

      通常將地震作用和結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)看作是隨機變量。一般假設(shè)當結(jié)構(gòu)通過變化達到某種破壞狀態(tài),即ds 的地震動譜位移S服從對數(shù)正態(tài)分布,見式(6)。

      式中:S為結(jié)構(gòu)達到某一破壞狀態(tài)時的地震動譜位移;S為破壞狀態(tài)為ds 時的譜位移均值;ε為均值為1的服從對數(shù)正態(tài)分布的隨機變量?;诓煌牡卣饎虞斎胂?,易損性曲線可以直觀地描述出結(jié)構(gòu)反應(yīng)在超過規(guī)范規(guī)定的破壞狀態(tài)的概率,破壞極限狀態(tài)包括倒塌、嚴重破壞、中等破壞以及輕微破壞。對結(jié)構(gòu)的極限破壞進行評估的方式主要是采用結(jié)構(gòu)震害評估方式,見表2。

      表2 框架結(jié)構(gòu)房屋震害等級的劃分

      根據(jù)易損測定點的不同,所繪制的易損曲線也存在差異,如圖4 所示。

      圖4 易損曲線變動情況圖示

      根據(jù)圖4,可以完成對此時A 工程建筑防震地震易損曲線變動情況的基本處理。

      隨后,在特定的環(huán)境下,結(jié)合建筑的搭接情況,計算具體的易損斜率,如公式(6)所示。

      式中:為易損斜率,為抗震防范系數(shù),為易損差值。

      通過上述計算,最終可以得出實際的易損斜率,進行定向分析:在基礎(chǔ)施工建設(shè)過程中,針對框架剪力墻內(nèi)部結(jié)構(gòu)的承壓力,預(yù)設(shè)不同的震動環(huán)境。經(jīng)過測驗發(fā)現(xiàn),隨著震動幅度以及強度的逐漸增長,墻體結(jié)構(gòu)也會發(fā)生等效變化、部分區(qū)域會形成彎曲狀,此時的易損斜率是較高的;反之,震動的幅度以及強度逐漸下降,墻體結(jié)構(gòu)所形成的彎曲狀得到了有效控制,此時的易損斜率相對較小,框架剪力墻的損壞問題也更得到了強有力地控制,為后續(xù)的施工建設(shè)營造更加安全穩(wěn)定的環(huán)境。

      3 結(jié)語

      抗震結(jié)構(gòu)是建筑施工的必備處理工作,一般會在施工中期進行,針對框架剪力墻的重點易損區(qū)域,進行處理。與此同時,擴展預(yù)設(shè)的抗震區(qū)域,布設(shè)相對應(yīng)的易損測定節(jié)點,從多個方向增加防震的實際效果,框架剪力墻的安裝與重組也要更加謹慎、關(guān)聯(lián),與建筑基礎(chǔ)的抗震架構(gòu)形成合理的搭接,以此來營造更加穩(wěn)定、安全的建筑環(huán)境,加強建筑綜合抗震能力,為后續(xù)的施工處理奠定更堅實的基礎(chǔ)條件。

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