地震工程:从抗震、减隔震到可恢复性(5)
表4 自复位预制剪力墙结构性能指标Table 4 Seismic performance indices of self-centering precast shear wall structures参数设置 水准类别 第一水准 第二水准 第三水准 第四水准层间位移 三水准 0.1% — 0.83% —角限值 四水准 — 0.1% — 2%最小底部 三水准 参见抗规[2] — — —剪力限值 四水准 参见抗规[2] 参见抗规[2] — —残余位移 三水准 — — — —限值 四水准 0.2% 0.2% 0.5% —
表5 自复位支撑-摇摆框架结构抗震性能目标Table 5 Seismic fortification objectives for self-centering brace-rocking frame structure构件 第一水准 第二水准 第三水准 第四水准 非结构构件 完全可用 基本可用 生命安全 不考虑 支撑 完全可用 完全可用 更换后可用 更换后可用框架 完全可用 完全可用 修复后可用 生命安全
表6 自复位支撑-摇摆框架结构性能指标Table 6 Seismic performance indices of self-centering brace-rocking frame structure性能指标 第一水准 第二水准 第三水准 第四水准位移角限值 0.18% 1.0% 2.0% 3.5%残余位移角限值 — 0.2% 0.5% —力限值 支撑不屈服 — — —
小震下要求结构“完全可用”,参考我国抗规小震层间位移角限值取 0.18%(1/550)。由于支撑在屈服点之后,往复荷载下性能可能下降,因此将“小震下支撑不屈服”作为建议设计指标。中震下要求非结构构件“基本可用”,结构构件“完全可用”。FEMA 356[62]规定非承重外墙楼板、隔板、室内装饰贴面等非结构构件达到“基本可用”性能目标时层间位移角为1.0%。框架完好可按框架无需修复确定性能指标。参考FEMA P-58等[73]相关文献,得其残余位移角限值为0.2%,支撑完好则由自复位支撑自身性能点确定。大震下要求结构“修复后或更换后可用”,具体拆分为非结构构件破坏但不危及生命(即“生命安全”)、支撑可更换(即“更换后可用”)、框架可修复(即“修复后可用”)。美国FEMA 356规定非承重外墙楼板、隔板、室内装饰贴面等非结构构件达到“生命安全”性能目标是层间位移角为2.0%,而FEMA P-58[73]指出残余位移角限值为0.5%时,结构具有修复的价值,本文参考以上限值。巨震下要求结构不倒塌,因此关注结构抗倒塌性能。本文参考ACI T1.2规范[17],为保证结构传力路径整体稳定性,摇摆框架的极限变形能力限值取为3.5%,本文采用该限值。
3 地震可恢复功能结构工程应用
3.1 国际可恢复功能结构工程应用
美国在可恢复功能工程应用起步较早,出现由可恢复功能单榀构件到空间构件、由单一构件到组合构件的工程应用过程。代表性建筑为加州旧金山市的13层公共事业委员会大楼(图10),该建筑采用后张拉预应力核心筒结构体系,使得结构整体在地震作用下允许发生摇摆,减轻地震输入引起的破坏。设计人员对该结构的设计目标不仅仅是震后可以立即使用,而且主体结构应完全没有损伤,达到震后可恢复功能的要求。值得一提的是,该结构采用可恢复功能体系后的造价,相比于原先的钢结构设计方案,在造价上节约将近1000万美元。
图10 旧金山公共事业委员会大楼Fig.10 San Francisco public utilities commission building
日本有一幢典型可恢复功能建筑的工程应用,即Wada等[74]在对东京工业大学津田校区G3教学楼框架结构加固工程中,采用了摇摆墙加固技术,主要是在原有框架结构的两端和中部加设摇摆剪力墙,并在摇剪力墙与原有结构的连接处加设钢阻尼器,如图11所示。通过刚性摇摆墙使结构由局部破坏模式转变为整体破坏模式,并利用摇摆墙摇摆时钢阻尼器屈服耗能。研究人员对加固前后的结构进行了非线性时程对比分析,结果表明,采用摇摆墙加固能够有效地降低结构在不同地震动下的地震响应[24,75]。
新西兰作为世界上地震多发的国家之一,在可恢复功能结构研究和工程应用方面做了很多工作,代表性工程有:维多利亚大学Allan MacDiarmid建筑[76]、基督城 Southern Cross医院[77]、基督城Kilmore Street建筑等[78]。图12为位于新西兰惠灵顿维多利亚大学的Allan MacDiarmid建筑[76],该建筑为5层预制混凝土结构,其中框架和剪力墙均采用无黏结后张拉预应力技术,使得整体结构震后具有自复位能力。如图中所示,框架部分在梁柱节点和柱底处设置了阻尼器用于耗能,而剪力墙之间也采用钢连梁连接,在地震中作为耗能构件。图13为新西兰基督城Kilmore Street建筑的摇摆钢结构,抗侧力体系采用摇摆支撑钢框架,同时提供额外阻尼器耗能,该建筑为新西兰第一幢采用该体系的建筑。
图11 日本东京工业大学G3教学楼加固工程Fig.11 The retrofitting project of building G3 at Tokyo Institute of Technology, Japan
文章来源:《世界地震工程》 网址: http://www.sjdzgczz.cn/qikandaodu/2020/1210/392.html
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