钢筋混凝土掉层框架结构抗连续性倒塌性能研究

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因1968年英国“Ronan Point”事故,结构抗连续倒塌问题备受关注,40多年来各国学者对结构抗连续倒塌做了大量研究并得出许多重要成果,但与掉层框架结构抗连续倒塌相关的研究几乎没有。掉层框架结构是山地建筑结构中较为典型的结构形式,不等高接地使得该类结构具有竖向不不规则性,且上接地层柱底约束差异导致柱的侧移刚度不同,这使得掉层框架结构抗连续性倒塌性能可能不同于一般的框架结构。另一方面,边坡失稳也可能导致结构发生倒塌。基于此,有必要开展掉层框架结构的抗连续倒塌性能的研究。本文主要工作如下:①总结了结构抗连续倒塌的设计和分析方法,重点分析了拆除构件法并指出应用时应注意的关键问题,同时对其进行了校验。②参照GSA2003、应用SAP2000分析软件,采用拆除构件法从掉层层数、掉层跨数、上接地方式、抗震设防烈度及边坡失稳五方面对掉层框架结构抗连续倒塌性能的影响进行了研究。③基于掉层框架结构的结构及受力特点,提出了增设支撑、提高局部楼层梁的配筋以及掉层梁与挡墙连接三种提高抗连续倒塌能力的措施,并对这些措施的有效性进行了分析,给出了相应的设计建议。本文得到的主要结论有:①掉层框架结构抗连续倒塌性能较一般结构更不利,其抗连续倒塌能力变化规律为:总层数一定时,随掉层层数增加而降低;总跨数一定时,随掉层跨数增加而提高;上接地柱底刚接结构比柱底铰接结构的抗连续倒塌能力弱;内柱失效结构发生连续倒塌破坏风险最大,对结构抗连续倒塌起控制作用的构件是与失效柱上部相连的梁。②按6度抗震设防烈度设计的掉层框架结构的抗连续倒塌能力不足,随着抗震设防烈度的提高,控制框架结构配筋的内力组合由非地震作用效应参与组合转为地震作用效应参与的组合,结构的抗连续倒塌能力明显提高。③对于设置有支撑的掉层框架结构,只有失效柱位于支撑所在跨内时,结构抗连续倒塌能力才能得到提高;支撑设置于失效柱以上一层时,支撑对结构抗连续倒塌能最有利,随着支撑设置位置的升高,支撑对结构抗连续倒塌能力提高效果逐渐降低。④对于按6度(0.05g)抗震设防设计的掉层框架结构,当上接地以上30%的楼层及与上接地面平齐的楼层的梁配筋量提高30%~35%时,掉层框架结构基本具备抗连续倒塌能力;相对下接地柱失效而言,梁配筋量的增加对提高上接地柱失效剩余结构抗连续倒塌能力作用更明显。⑤下接地部分的梁与挡墙连接方式采用刚接对提高结构连续倒塌能力的作用比采用铰接的明显,但其提高作用仅对下接地临挡墙的一榀框架柱破坏情况有效,且随着上接地以上层数增加,掉层梁与挡墙刚接连接对结构抗连续倒塌能力的提高作用越来越不明显。
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