学校多层RC框架结构地震倒塌机理研究

发布时间：2017-01-31 19:23

第一章 绪 论

研究结构地震倒塌问题的根本目的在于提高结构的抗地震倒塌能力。在与地震灾害斗争的漫长岁月中，广大学者针对 RC 框架结构的抗倒塌措施进行了卓有成效的研究，开发了隔震结构体系[49]、支撑框架结构体系[91][92]、摇摆墙框架结构体系[81][118]等，并已开始投入工程应用，甚至其中一些已经经历了实际强震的检验。但是，现实的经济条件制约是我们无法逾越的问题。RC 框架结构在我国拥有巨大的数量，目前尚不具备广泛应用先进建筑抗震技术的经济基础。考虑到经济条件的制约和结构重要性的不同，现阶段重要建筑应探索新型结构形式与技术手段，使重要建筑在强震之后，无需或稍加修复即可恢复使用，保障社会主体功能的不中断；而对于量大面广的一般性建筑，则不可忽略经济因素而盲目推广先进的结构抗震加固技术，应探索更加经济实用的抗倒塌措施。在 RC 框架结构中增设翼墙的抗震加固方法布置灵活，施工方便，经济实用，，具有很强的应用性，但深入的理论研究却滞后于实际工程应用。为此，本文通过一个增设翼墙的框架结构振动台试验，对该类抗震加固方法的抗震性能进行详细研究，为工程应用提供理论和技术支撑。

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第二章 RC 框架结构震害特征分析

2.1 RC 框架结构典型震害特点

在整体结构失效模式上，大量出现由柱铰机制导致的层屈服破坏模式。大量出现底层坍塌或底部几层倒塌，少部分结构中间出现薄弱层破坏，在极高烈度区也出现大量结构完全倒塌的情况，如图 2-6 所示。结构中间层出现薄弱层破坏，多是由于结构竖向刚度在相应楼层出现突变，如图 2-6b 中结构底层设置了抗震墙，结果二层成为薄弱层。在日本 1995 年阪神 7.2 级地震中，出现很多软弱中间层震害。造成中间层倒塌的原因主要有两方面：一是日本旧的建筑法规（1981 年以前版本）假定结构地震作用沿各楼层均匀分布，而非倒三角形分布，导致中间层设计剪力偏小。另外日本当时的常见工程做法是对于 7 层以上框架房屋，其下部几层采用钢-混凝土组合结构，上部楼层采用普通钢筋混凝土结构，导致转换层出现大量严重破坏。在我国汶川地震中，底层薄弱的层屈服破坏模式非常突出，大量框架结构底部出现严重破坏或倒塌，而上部各层破坏相对轻微很多。

2.2 RC 框架结构典型震害案例剖析

本文中第三章振动台试验倒塌机理研究选取的震害原型为漩口中学中的 RC框架教学楼。漩口中学位于汶川地震两个极震区之一的汶川县映秀镇，地震烈度达到 XI 度。汶川地震中卧龙台站采集到的强震记录加速度峰值东西向约为 1.0g，南北向约为 0.65g，可见漩口中学所在的震中地区地震峰值将可能超过 1.0g。课题组按照震害调查中获得的该教学楼设计图纸信息获得了原型结构的详细设计情况。漩口中学教学楼建筑 2007 年建成使用，为全现浇钢筋混凝土框架填充墙结构，地上主体为五层，独立桩基，底层高 4.05m,上部各层层高为 3.6m，总建筑高度 22.05m，总建筑面积 3618.30m2.结构按照 GB/T 50011-2001 建筑抗震设计规范、03G101-1 图集以及中国建筑西南设计研究院西南 05G701 图集（框架轻质填充墙构造图集）等规范设计，当地抗震设防烈度为 7 度，设计地震分组第一组,设计基本地震加速度峰值 0.10g；框架抗震等级为三级，抗震设防类别为丙类；场地类别为 II 类。框架梁、柱及现浇楼板均采用 C30 混凝土，梁柱纵筋钢筋采用II 级钢筋 HRB335，楼板及箍筋钢筋采用 I 级钢筋 HPB235。关于原型构造设置详见本文第三章模型制作中介绍。

第三章 漩口中学教学楼模型地震模拟振动台试验...........33

3.1 引言.............. 33

3.2 模型设计................ 33

3.3 模型材料性能试验........ 37

3.4 模型施工过程................... 41

3.5 漩口中学模型试验相似设计.................... 44

3.6 漩口中学模型地震模拟振动台试验方案............. 46

第四章 学校多层 RC 框架结构振动台倒塌试验研究...........83

4.1 引言.................... 83
4.2 学校多层 RC 框架结构倒塌试验设计..............83
4.3 模型破坏发展及倒塌过程.................... 84
4.4 漩口中学试验模型倒塌机理分析.............. 93
4.5 试验模型与原型结构倒塌模式对比. 96
4.6 填充墙对 RC 框架破坏模式的影响............99
4.7 本章小结............... 103
第五章 翼墙加固 RC 框架结构体系..............105
5.1 引言................ 105
5.2 翼墙加固 RC 框架结构体系概念...............105
5.3 翼墙加固 RC 框架结构体系的抗震机制..............107

第六章 翼墙加固 RC 框架结构振动台试验研究

6.1 引言

在 RC 框架结构中增设翼墙的抗震加固方法，施工方便而受到广泛应用。在对汶川地震老北川县城（地震烈度 XI 度区）的震害调查中显示，北川盐务局宿舍楼作为强震中表现较好的底框结构，其底层框架采用了增设翼墙的抗震措施，损伤分布均匀，且形成梁铰破坏模式。而前文研究的倒塌结构的破坏模式则为底层薄弱，因柱失效而倒塌，翼墙-框架结构体系将为其抗倒塌提供应对措施。加设翼墙属于结构体系上的改变，对翼墙加固 RC 框架结构体系的抗震性能的研究却相对较少[10]。本文第五章对翼墙加固 RC 框架体系基本概念、设计目的进行了概括并对北川盐务局宿舍楼结构的抗震性能进行了数值模拟分析，在此基础上参照北川盐务局底层框架设计了一个缩尺比为 1:4 的翼墙加固框架结构模型。进行了地震模拟振动台试验来验证翼墙加固 RC 框架体系在大震作用下的抗震效果，深入研究新形成的翼墙加固 RC 框架结构体系的动力反应、抗震机理、破坏模式等，分析增设翼墙对框架结构抗震性能的改善作用。

6.2 模型配筋及平立面设计

试验模型以北川盐务局 7 层宿舍楼的底层作为设计参考原型，设计了翼墙框架结构模型。为排除模型受到双向地震作用破坏的其他复杂影响因素，突出考察翼墙对结构抗震性能的影响，试验中拟采用单向地震动输入，因此模型采用单向加翼墙设计，模拟原型结构横向的翼墙设计。模型柱网尺寸及配筋参考原型结构，设计为三榀框架，在中间榀加翼墙。模型平立面图及配筋如图 6-1 所示。

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第七章 结语与展望

实际震害以大量的样本为我们提供结构各种破坏及倒塌模式，亦不乏很多具有优良抗震性能的榜样建筑。深度总结实际震害经验，并对其中的典型震害案例进行详细剖析无疑是认知结构地震倒塌机理，提高抗倒塌设计水平的最有效途径。本文选取极震区两栋典型结构作为研究对象，对代表一般学校多层 RC 框架的漩口中学教学楼的倒塌过程进行再现，剖析其损伤特点和倒塌模式，分析确定了学校多层 RC 框架结构抗震的薄弱环节；以北川盐务局宿舍楼结构为原型进行了翼墙加固框架结构模型振动台试验，详细分析了增设翼墙后结构体系的动力特性、损伤模式和对多层 RC 框架结构抗地震倒塌能力的提高作用，为量大面广的普通多层RC 框架结构抗倒塌设计提供参考。主要结论如下：1、根据详细震害调查分析可初步判断，漩口中学校园内两栋结构相同的教学楼均发生一致模式的倒塌，而同一校园的其他结构未倒塌并非偶然，其设计特点具有明显不利于抗震的因素。而北川盐务局职工宿舍楼底层框架震害表明该结构所加翼墙充分参与工作，使破坏集中在翼墙和梁，有效地保护了框架柱，相比周围大量倒塌框架结构而言抗震能力得到大大提高。

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参考文献（略）

本文编号：239583