劲性混凝土框架-支撑结构基于性能的抗震分析与研究①

曹日跃（安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601）

劲性混凝土框架-支撑结构基于性能的抗震分析与研究①

曹日跃
（安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601）

随着我国高层建筑的深入发展，国家规范对高层建筑的抗震性能要求越来越严格，传统的钢筋混凝土结构已不能适应现代建筑的发展需要.近年来，国内外出现了一种新的结构形式-劲性混凝土结构.本文就将对劲性混凝土框架支撑结构的各种破坏形式及其特点进行介绍，分析并比较了影响其抗震性能的主要因素，阐明了劲性混凝土框架支撑结构较好的抗震性能.

抗震性能；高层建筑；劲性混凝土结构

0　引言

劲性混凝土结构就是在原有的钢筋混凝土梁、柱等构件里添加型钢或钢材配筋，在加入型钢后可以有效提高构件抗剪能力，减小构件轴压比，从而保证结构的塑性变形能力和框架抗倒塌能力.由于其相对于普通钢筋混凝土结构有着构件截面尺寸减小、抗剪能力提高、延性性能好等优点，所以近20年来，劲性混凝土结构在中国得到了很好的发展.而且特别适用于在地震区使用［1］.并且在高层和超高层建筑中具有广泛的应用前景.

我国研究劲性混凝土结构起步比较晚，在20世纪80年代，我国也相继建成了一些劲性混凝土结构的高层建筑.例如北京香格里拉酒店，上海的瑞金大厦，其他地方也先后建成了一批劲性混凝土结构的高层建筑.劲性混凝土结构在高层，超高层得到了大量的运用.

1　劲性混凝土框架-支撑结构破坏形式及特点

框架-支撑结构的受力情况非常复杂，它通常在剪力、轴力、弯矩三个力共同作用下发生作用.它的破坏形式可以归纳为以下三种形式.

1.1弯曲破坏

弯曲破坏大多数发生在构件剪跨比较大时，劲性混凝土框架-支撑结构弯曲破坏的特征与普通混凝土结构破坏特征相似，弯曲破坏发生时，在劲性混凝土框架-支撑柱根处先出现水平裂隙，随着荷载的反复作用，外围的混凝土层破碎脱落失去承载能力.但是劲性混凝土与钢筋有着较强的相互作用，还能与钢筋共同承担外部荷载.因此，劲性混凝土框架-支撑结构在达到极限荷载时，不会突然发生失载现象，它的承载力会慢慢下降，具有比较长的后期变形能力［2］与承载能力.

1.2剪切破坏

剪切破坏一般发生在剪跨比较小的情况下，其破坏呈现出脆性特征.对于普通混凝土结构根据所受的轴力大小不同破坏可分为三种情况：第一是剪切斜拉破坏；第二是剪切受压破坏；第三是剪切斜压破坏.而对于劲性混凝土框架-支撑结构由于混凝土中设置了钢骨和钢材配筋，增强了结构的抗剪能力，能阻止结构柱根部产生剪切滑移，所以劲性混凝土框架-支撑结构一般只发生剪切斜压破坏.其破坏特征与普通混凝土结构相似，在距柱端处首先出现剪斜裂缝，在荷载的反复作用下，出现一条主裂缝，结构柱外包混凝土脱落失去承载能力.

1.3粘结破坏

粘结破坏根据不同情况可分为粘结开裂破坏和剪切粘结破坏.而劲性混凝土框架-支撑结构的粘结破坏一般只发生剪切粘结破坏，其发生在轴压比较大，配筋率较小时.其破坏特征是在柱结构出现竖向裂缝，在荷载的反复作用下，扩展到整个柱结构，然后外包混凝土与钢骨脱落，丧失抗剪承载力.整个破坏过程比较缓慢，属于脆性破坏.

实际上整个建筑结构在地震荷载的反复作用下，受力情况非常复杂，所以结构破坏往往是以上三种情况的综合.

2　影响劲性混凝土框架-支撑结构抗震性能的主要因素

根据劲性混凝土框架-支撑构件抗震性能指标限值，通过分析了解劲性混凝土框架-支撑结构在遭遇地震作用下其层间侧移、顶点位移、框架梁的抗弯强度、抗剪强度、构件的稳定等是否能满足设计要求［6］.抗剪强度和延性系数是抗震性能的重要组成部分，劲性混凝土框架-支撑结构必须有足够大的抗剪强度和延性系数才能保证在遭遇地震时结构不被破坏，影响结构抗震性能的因素有很多，下面就一些主要的因素来分析劲性混凝土框架-支撑结构抗震性能.

2.1轴压比

在劲性混凝土框架-支撑结构中，轴压比能限制斜裂缝的扩大.当轴压比在一定范围时，随着轴压比的增大，框架-支撑结构柱的抗剪强度也随之提高.这是由于柱混凝土在开裂之前，轴向压力增大了混凝土的抗剪强度.当轴压比大于0.5时，框架-支撑结构柱截面上混凝土的压应力超过混凝土的抗压强度，导致外包混凝土被压碎破坏失去承载力，同时，轴压比的存在使劲性混凝土框架-支撑柱的延性降低.大量试验表明劲性混凝土框架-支撑柱随轴压比的增大延性降低，因此要提高劲性混凝土框架-支撑柱的延性，必须尽力降低其轴压比.

2.2剪跨比

劲性混凝土框架-支撑结构的抗震性能受剪跨比的影响较大.当剪跨比增大时，劲性混凝土框架-支撑结构的延性增大、抗剪强度降低.此外，随着剪跨比的逐渐变大，配筋率、轴压比对抗剪强度的影响变弱，其结构的破坏转变为以弯曲破坏为主.

2.3纵向配筋率

纵向钢筋不仅承受弯距和轴向压力所产生的正应力，在斜截面产生裂缝时，它能阻止斜裂缝的开展，而且在塑性铰形成后，它还能分担着部分剪力.随着纵向配筋率的增大.劲性混凝土框架-支撑柱破坏时的剪压区高度提高，抗剪强度也提高.

3　结论

根据影响因素分析可知轴压比和钢骨配筋率对劲性混凝土框架-支撑结构的抗震性能影响很大.而在劲性混凝土框架-支撑结构中设置了钢骨后，钢骨可以承担混凝土的轴力，有效的降低了混凝土的轴压比.随着地震的发生，结构承受的弯曲和轴力急剧变化，而在劲性混凝土框架-支撑结构由于钢骨和混凝土的协同作用，有效的提高了劲性混凝土框架-支撑结构的抗震性能.因此，在地震区、高层建筑或是超高层建筑中压力较大的底部层柱结构采用劲性混凝土框架-支撑结构.

［1］叶列平，方鄂华.钢骨混凝土构件的受力性能研究综述［J］.土木工程学报，2000，33（05）：1-12.

［2］张惠华.劲性钢筋混凝土框架柱抗震性能的分析［J］.福建建筑，1997，（s1）：159-161.

［3］韩小雷，周新显，季静，袁一鑫，戚永乐.基于构件性能的钢筋混凝土结构抗震评估方法研究［J］.建筑结构学报，2014，25 （04）：177-184.

Seismic Analysis and Research of Strength Reinforced Concrete Frame-Support Structure Based on the Performance

CAO Ri-yue
（School of Civil Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei 230601，China）

With the further development of high-rise buildings in our country，the national standard for seismic performance requirements of the high-rise building is more and more strict.A single reinforced concrete structure can not meet the needs of the modern architecture development.In recent years，a new form-strength reinforced concrete structure was developed.The various failure modes and their characteristics of concrete frame supporting structure were introduced，and the main factors affecting the seismic performance were analyzed and compared，which illustrates that the strength reinforced concrete frame structural support is of good seismic performance.

seismic performance；high-rise buildings；reinforced concrete structure

TU31

A

1008-1402（2015）06-0910-02

2015-10-08

曹日跃（1991-），男，安徽合肥人，安徽建筑大学在读硕士研究生，主要研究方向为地下工程结构优化与稳定性分析.