[发明专利]一种框架‑核心筒结构体系的双重抗震防线设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑结构抗震防线的设计方法，具体涉及一种框架-核心筒结构体系的双重抗震防线设计方法。

背景技术

框架-核心筒结构体系是目前高层建筑最常用的一种双重抗侧力结构形式，该体系由框架和核心筒两个系统组成，并由它们协同工作来抵抗外力作用。为确保大震下多道防线，不少国家的抗震规范做出框架部分承担剪力的量化规定。美国International building code2000中提出，在框架-核心筒(框架-剪力墙)结构中，在地震作用下，当框架部分的设计层剪力不小于该层总剪力的25％时作为双重抗侧力体系。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)规定:“钢框架-钢筋混凝土筒体结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25％和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值。”《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第6.7.1条规定：框架-核心筒结构中，除加强层及其相邻上下层外，按框架-核心筒计算分析的框架部分各层地震剪力的最大值不宜小于结构底部总地震剪力的10％。然而，实际设计中，大部分超高层框架-核心筒结构都不满足该规定，很多工程中框架承担的地震剪力仅为结构总剪力的4％-5％，与规范要求有较大差距，但是为了满足规范要求，必须不断加大构件截面尺寸，不仅使设计不合理，并且付出很大的经济成本。

另外，按刚度分配地震剪力比例的不合理之处在于，目前并没有理论依据可以明确给出这个限值应该是多少，也没有足够多的工程震害资料表明什么样的限值是合适的，只是从概念上设置一个限值，这就导致了设计人员和权威专家讨价还价的情况。实际上，限值定得高和定得低都不能绝对保证双重防线的安全，在这种情况下，寻找其它保证安全的更为明确、直接的方法和措施具有十分重大的意义。

如何通过合理设计确保框架-核心筒结构双重抗震防线在地震中的预期性能，成为当前业界讨论的热点。

目前结构的抗震设计，特别是超限高层的抗震设计，出现性能要求定得越来越高、设计越来越保守的趋势，这也导致对双重抗震体系实际抗震性能的认识出现问题。主要体现在两个方面：一是不少结构经过振动台试验或弹塑性分析，在大震下基本还保持弹性，由此判断结构抗震性能良好，认为达到双重抗侧力体系的设计目标，这是不科学的；二是对于一些混合结构，试验或分析结果显示大震下核心筒发生比较严重的损伤破坏，外框柱却几乎没有损坏，柱中钢筋(型钢)还处在弹性范围，而此前小震下外框柱分担的剪力比例又很低(刚刚满足最小剪力系数限值)，这种情况下简单地认为外框设计得太弱或太强也是片面的。

双重防线应以抗震安全为目标并同时兼顾经济适用，无限制追求安全系数既不科学也不现实，因此合理的双重防线破坏模式应为：小地震作用下，主要依靠核心筒(第一道防线)发挥作用；中大震作用时，允许核心筒首先发生一定程度破坏，伴随其破坏和刚度退化，外框柱的能力逐渐发挥，并且外框本身具有足够的延性和承载能力，在后续地震中不会发生严重破坏，能够和内筒一起抵抗地震作用，并保证内筒的破坏和侧向变形不会无限发展，最终实现整体结构不发生倒塌。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种框架-核心筒结构体系双重抗震防线的设计方法，通过采用一种伪弹塑性分析方法计算分析双重抗震防线中的第二道防线—外框柱需要具备的承载力，并据此对外框柱截面和配筋进行设计，解决目前片面控制外框柱按刚度分配地震剪力比例而实际二道防线作用仍无法完全保证的问题，最终使设计更为科学合理，安全节省。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种框架-核心筒结构体系的双重抗震防线设计方法，包括如下步骤：

S1首先得到基于框架-核心筒结构的建筑设计方案，并生成建筑三维模型，确定外框柱截面；

S2对建筑结构进行伪弹塑性大震分析：将建筑结构中作为的全部外框柱或部分外框柱设定为理想弹性，而建筑结构的其它构件设定为非线性材料参数并进行大震弹塑性分析；