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RC框架-剪力墻隔震結構地震韌性設計研究

解琳琳 范子麥 王心宇 曾德民 楊參天

解琳琳, 范子麥, 王心宇, 曾德民, 楊參天. RC框架-剪力墻隔震結構地震韌性設計研究[J]. 工程力學, 2023, 40(10): 47-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0937
引用本文: 解琳琳, 范子麥, 王心宇, 曾德民, 楊參天. RC框架-剪力墻隔震結構地震韌性設計研究[J]. 工程力學, 2023, 40(10): 47-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0937
XIE Lin-lin, FAN Zi-mai, WANG Xin-yu, ZENG De-min, YANG Can-tian. INVESTIGATION ON THE RESILIENCE-BASED SEISMIC DESIGN OF ISOLATED RC FRAME-SHEAR WALL STRUCTURES[J]. Engineering Mechanics, 2023, 40(10): 47-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0937
Citation: XIE Lin-lin, FAN Zi-mai, WANG Xin-yu, ZENG De-min, YANG Can-tian. INVESTIGATION ON THE RESILIENCE-BASED SEISMIC DESIGN OF ISOLATED RC FRAME-SHEAR WALL STRUCTURES[J]. Engineering Mechanics, 2023, 40(10): 47-57. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0937

RC框架-剪力墻隔震結構地震韌性設計研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.11.0937
基金項目: 國家自然科學基金項目(52178268);建大英才項目(JDYC20200306)
詳細信息
    作者簡介:

    解琳琳(1986?),男,江蘇人,副教授,博士,主要從事高層減隔震和地震韌性研究(E-mail: xielinlin@bucea.edu.cn)

    范子麥(1996?),女,北京人,碩士生,主要從事隔震結構研究(E-mail: fanzimai@163.com)

    王心宇(1997?),女,北京人,碩士生,主要從事隔震結構研究(E-mail: wxy3523@163.com)

    楊參天(1993?),男,山西人,博士生,主要從事結構減振控制和裝配式建筑研究(E-mail: yangcantian@outlook.com)

    通訊作者:

    曾德民(1970?),男,吉林人,研究員,博士,主要從事結構隔震減震技術及城市防災減災研究(E-mail: zengdemin@vip.163.com)

  • 中圖分類號: P315.9;TU375

INVESTIGATION ON THE RESILIENCE-BASED SEISMIC DESIGN OF ISOLATED RC FRAME-SHEAR WALL STRUCTURES

  • 摘要: 高烈度地區重要建筑往往采用RC框架-剪力墻結構體系,采用隔震技術設計該類建筑,滿足《建設工程抗震管理條例》中規定的設防地震下正常使用要求,甚至滿足罕遇地震下的高韌性目標需求,成為了該類結構設計的重點難題。該研究以一8度區的RC框架-剪力墻工程為例,對該結構的抗震方案展開了設防和罕遇地震下的地震韌性評價。在此基礎上,針對隔震結構提出了3種上部結構設計理念,并設計了3個隔震案例,進行了設防和罕遇地震下的韌性評價。分析結果表明:傳統抗震結構在設防地震下無法滿足正常使用需求,抗震韌性等級僅為一星;按降一度貼限設計確定隔震上部結構截面且按降一度確定上部結構配筋時,設防地震下需3.1 d的修復時間才能恢復正常使用功能,罕遇地震下的抗震韌性等級為二星;按降半度貼限設計確定上部結構截面,且按降一度確定上部結構配筋時,建筑功能可基本不中斷,滿足正常使用需求,但罕遇地震下的抗震韌性等級仍為二星;按不降度貼限設計確定上部結構截面且按降一度確定上部結構配筋時,建筑功能完全不中斷,滿足正常使用要求,罕遇地震下可達到韌性三星。研究的相關成果可為高烈度地區RC框架-剪力墻結構的隔震韌性設計的深入研究提供參考。
  • 圖  1  結構平面和三維圖

    Figure  1.  Planar and three-dimensional views of the structure

    圖  2  地震波反應譜與規范譜對比

    Figure  2.  Comparison of record spectrum and design spectrum

    圖  3  最大層間位移角分布

    Figure  3.  Distribution of maximum inter-story drift ratio

    圖  4  最大樓面絕對加速度分布

    Figure  4.  Distribution of maximum absolute floor acceleration

    圖  5  修復費用

    Figure  5.  Restoration cost

    圖  6  修復時間

    Figure  6.  Repair time

    圖  7  隔震支座布置圖

    Figure  7.  Layout of isolators

    圖  8  設防地震下的修復費用對比

    Figure  8.  Comparison of restoration cost under DBE

    圖  9  設防地震下的修復時間對比

    Figure  9.  Comparison of repair time under DBE

    圖  10  罕遇地震下的修復費用對比

    Figure  10.  Comparison of restoration cost under MCE

    圖  11  罕遇地震下的修復時間對比

    Figure  11.  Comparison of repair time under MCE

    表  1  結構構件尺寸信息

    Table  1.   Information of structural components /mm

    構件類型結構1結構2結構3
    1~2600×600、650×650600×600、650×650、700×700、750×750700×800、700×900
    3~4500×500、550×550、600×600500×500、550×550、600×600700×700、700×800、700×900
    5~7500×500500×500600×600、700×700
    1~2250300300、350、400、450、500、550
    3~6200200300、350、400、450
    7200200250、300、350
    1~7200×300200×300200×300
    250×300250×300250×300
    200×400200×400250×450
    250×500250×500350×450、300×600
    250×550250×550450×600
    300×600300×600500×600、500×750、600×700、600×800、600×850、650×900
    300×600、400×800、350×700300×600、400×800、350×700600×600
    350×600350×600600×750
    連梁1~2250×300300×400400×600、550×600、500×600
    250×400300×400350×450、400×1000、500×1000
    3~5200×300200×450300×450、350×600、400×550、400×600、400×700、450×600
    200×400200×600400×1000
    6200×400200×450350×1000
    200×300200×450250×500、300×500、350×600
    7200×400200×450200×500、250×600
    200×300200×450250×500
    下載: 導出CSV

    表  2  非結構構件信息

    Table  2.   Information of non-structural components

    構件類型構件名稱易損性類別編號
    位移敏感型非結構構件玻璃幕墻BE.F.01.01
    填充墻BI.P.01.01
    隔墻飾面BI.D.01.01
    樓梯BI.S.02.01
    加速度敏感型非結構構件吊頂BI.C.01.01
    冷水管MEP.P. 01.01
    熱水管1MEP.P.02.01
    熱水管2MEP.P.02.05
    污水管MEP.P.03.01
    暖通空調風管MEP.M.06.01
    支管及風口MEP.M.07.01
    VAV箱帶卷盤MEP.M.08.01
    消防噴淋水管MEP.P.05.01
    噴頭立管MEP.P.06.01
    電梯MEP.L.01.01
    空氣壓縮機MEP.M.04.01
    冷卻塔MEP.M.03.01
    空氣處理機組MEP.M.10.01
    電機控制箱MEP.E.02.01
    冷水機組MEP.M.02.01
    下載: 導出CSV

    表  3  建筑韌性評價原則

    Table  3.   Principles to determine the resilient performance level

    等級地震水準修復費用修復時間/d人員傷亡
    三星罕遇地震≤5%≤7γh≤10?4γd≤10?5
    二星罕遇地震(5%,10%](7,30]γh≤10?3γd≤10?4
    一星設防地震[0,10%](7,30]γh≤10?3γd≤10?4
    下載: 導出CSV

    表  4  人員傷亡率

    Table  4.   Casualties

    地震水準人員受傷率γh人員死亡率γd
    設防地震8.93×10?60.00
    罕遇地震1.07×10?31.82×10?4
    下載: 導出CSV

    表  5  隔震支座參數

    Table  5.   Properties of isolators

    型號 符號 有效
    直徑/
    mm
    100%等效
    水平剛度/
    (kN/m)
    屈服后
    剛度/
    (kN/m)
    屈服力/
    kN
    豎向總
    剛度/
    (kN/mm)
    橡膠剪切
    模量/
    (N/mm2)
    LNR800 N8 800 1280 ? ? 3542 0.4
    LNR1000 N10 1000 1590 ? ? 4428 0.4
    LRB800 R8 800 1930 940 189 4636 0.4
    下載: 導出CSV

    表  6  隔震設計關鍵指標

    Table  6.   Critical design parameters

    設計指標 屈重比/
    (%)
    減震系數 隔震層
    位移/mm
    極大面壓/
    MPa
    極小面壓/
    MPa
    結構1 2.00 0.37 342 20.15 1.12
    結構2 2.06 0.35 341 21.40 1.61
    結構3 2.05 0.20 304 22.66 2.58
    規范要求 ? ≤0.4 ≤440 ≤30 ≥?1
    下載: 導出CSV

    表  7  材料用量對比

    Table  7.   Comparison on material consumption of superstructure

    材料用量結構1結構2結構3
    混凝土用量/m33720.843883.294908.79
    鋼筋用量合計/t615.09623.04740.20
    下載: 導出CSV

    表  8  隔震支座數量

    Table  8.   Quantity of isolators

    支座型號結構1結構2結構3
    LRB800/個282932
    LNR800/個242214
    LNR1000/個202126
    總數/個727272
    下載: 導出CSV

    表  9  設防地震下的結構響應

    Table  9.   Structural responses under design basis earthquake (DBE)

    結構響應結構1結構2結構3
    amax/(m/s2)1.151.020.90
    θmax/(%)0.180.120.07
    下載: 導出CSV

    表  10  設防地震下的人員傷亡對比

    Table  10.   Comparison of casualties under DBE

    傷亡率結構1結構2結構3
    人員受傷率γh1.79×10?600
    人員死亡率γd000
    下載: 導出CSV

    表  11  罕遇地震下的結構響應

    Table  11.   Structural responses under maximum considered earthquake (MCE)

    結構響應結構1結構2結構3
    amax/(m/s2)1.751.571.51
    θmax/(%)0.440.340.14
    下載: 導出CSV

    表  12  罕遇地震下的人員傷亡對比

    Table  12.   Comparison of casualties under MCE

    傷亡率結構1結構2結構3
    人員受傷率γh7.68×10?52.68×10?50
    人員死亡率γd5.36×10?600
    下載: 導出CSV

    黑人大屌丝逼逼
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    [26] GB /T 51408?2021, 建筑隔震設計標準 [S]. 北京: 中國計劃出版社, 2021.

    GB /T 51408?2021, Standard for seismic isolation design of building [S]. Beijing: China Planning Press, 2021. (in Chinese)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2021-11-29
  • 修回日期:  2022-03-20
  • 錄用日期:  2022-04-01
  • 網絡出版日期:  2022-04-01
  • 刊出日期:  2023-10-10

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