高轴压比框架柱抗震性能试验模拟
高层建筑结构柱轴压比限值的讨论
高层建筑结构柱轴压比限值的讨论作者：关宏洁田晶王瑜来源：《陕西教育·高教版》2009年第08期[摘要]本文论述了轴压比限值这一概念的实质，分析了对轴压比限值有影响的因素，并提出了减小轴压比的办法，以供工程技术人员设计时进行参考。
[关键词]高层建筑轴压比轴压比限值延性前言在我国的高层建筑结构中，总会遇到柱子的轴压比问题。
规范规定柱轴压比n为N／Afc，其中N为考虑地震作用组合的框架柱的轴压力设计值，A为柱截面，fc为混凝土轴心抗压强度设计值。
为了保证框架柱具有必须的变形能力，建筑抗震设计规范(GB5001 1—2001)(以下简称规范)规定了框架柱轴压比的限值。
我国规范规定，一、二、三级抗震等级下，框架柱的轴压比设计限值分别为0.7、0.8和0.9。
针对轴压比问题，本文首先分析了轴压比限值提出的原因，然后总结出对此限值产生影响的一些因素。
最后提出了减小轴压比的一些可行性办法。
轴压比限值的实质钢筋混凝土框架柱主要有剪切、粘结和弯曲三种破坏形态，其中弯曲破坏又有小偏心受压和大偏心受压破坏两种。
剪切、粘结和小偏心受压破坏形态都属于脆性破坏类型，在抗震设计中是需要避免的，大偏心受压破坏形态则属于延性破坏类型，因此在抗震设计中应保证其属于这种破坏形态。
规范通过限制轴压比，主要是希望柱发生延性好的大偏心受压破坏，从而保证框架柱有足够的变形能力。
大量的试验结果表明，在低轴压比下，荷载—位移骨架曲线的下降段比较平缓，框架柱承受变形的能力较大；在高轴压比下，骨架曲线的下降段较陡，承载力降低较多。
对轴压比加以限制可使构件在大变形下，仍有稳定的承载能力。
从而满足“大震不倒”的抗震要求。
轴压比限值的影响因素1、截面形状从本质上讲，轴压比限值是从偏心受压构件正截面界限破坏条件得出的，是为了使柱正截面免于出现小偏心的脆性破坏。
这个破坏条件中的混凝土受压边缘极限压应变对于不同截面形状有不同的取值。
因此，框架柱的截面形状会直接影响到轴压比限值的标准值。
高层建筑结构和抗震模拟试卷
高层建筑结构和抗震模拟试卷一、选择题（每题 3 分，共 30 分）1、高层建筑结构设计中，以下哪种结构体系常用于超高层建筑？（）A 框架结构B 剪力墙结构C 框架剪力墙结构D 筒体结构2、在地震作用下，高层建筑结构的主要变形形式是（）A 弯曲变形B 剪切变形C 弯剪变形D 扭转变形3、以下哪种地震波对高层建筑结构的影响最大？（）A 纵波B 横波C 面波D 体波4、高层建筑结构的风荷载标准值与以下哪个因素无关？（）A 建筑高度B 地面粗糙度C 建筑体型D 地震烈度5、框架结构在水平荷载作用下，梁、柱的内力计算通常采用（）A 分层法B 反弯点法CD 值法 D 弯矩分配法6、剪力墙结构中，墙肢的分布钢筋应（）A 双排布置B 梅花形布置C 均匀布置D 集中布置7、以下哪种基础形式适用于高层建筑？（）A 独立基础B 条形基础C 筏板基础D 扩展基础8、高层建筑结构的抗震设防烈度是根据（）确定的。
A 建筑场地类别B 设计基本地震加速度C 设计地震分组D 以上都是9、在抗震设计中，“强柱弱梁”的设计原则是为了（）A 防止柱子先于梁破坏B 防止梁先于柱子破坏C 提高结构的延性D 降低结构的造价10、以下哪种结构构件不属于耗能构件？（）A 剪力墙B 支撑C 连梁D 阻尼器二、填空题（每题 2 分，共 20 分）1、高层建筑结构通常指_____层及以上或高度超过_____米的建筑结构。
2、地震作用的计算方法主要有_____、＿____和时程分析法。
3、框架结构中，梁端弯矩调幅系数一般取值为_____。
4、剪力墙的厚度不应小于_____mm，且应满足稳定性要求。
5、高层建筑结构的水平位移限值是根据_____和_____来确定的。
6、桩基础按承载性状可分为_____、＿____和复合受荷桩。
7、抗震设计时，框架柱的轴压比限值是根据_____和_____来确定的。
8、结构的自振周期与_____和_____有关。
9、消能减震技术是通过设置_____来消耗地震能量。
8度区框剪结构中框架在罕遇地震下的反应性态-韦锋
第31卷第6期土木建筑与环境工程Vo l.31No.6 2009年12月Jo urnal o f Civ il,Architectural&Env ir onm ental Engineering Dec.2009 8度区框-剪结构中框架在罕遇地震下的反应性态韦 锋1,陈文科2,傅剑平1,白绍良1(1.重庆大学土木工程学院,重庆400045; 2.重庆市设计院,重庆400015)摘 要:框架剪力墙结构中的框架的受力性能不同于纯框架结构。
为了考察框架剪力墙结构中的框架在强震下的抗震性态,首先严格按中国设计规范完成了1个8度0.3g分区24层和1个8度0.2g分区30层框架剪力墙结构的抗震设计。
然后对结构进行了在相当于罕遇水准的多条地面运动输入下的非弹性动力反应分析,初步识别了结构的地震反应性态。
分析结果表明,结构中的框架部分在强震下基本保持未屈服状态,而剪力墙连梁是结构主要的塑性耗能部件,部分墙肢底部也进入了屈服后的塑性变形状态。
从框架部分所处的偏有利的受力状态和设计规范对其所采取的强化措施这2个方面分析了框架部分未进入屈服的原因。
建议对我国8度区总高超过60m的框架剪力墙结构中的框架部分的现行抗震构造措施可有条件地适度放松。
关键词:抗震设计;框架剪力墙结构;框架;动力反应;非弹性反应中图分类号:T U973.31;T U375 文献标志码:A 文章编号:1674-4764(2009)06-0060-06Seismic Behaviors of Frames in Frame-Wall Structures under RareEarthquakes on the Zone of Fortification Intensity8in ChinaWEI Feng1,CH EN Wen-ke2,FU Jia n-ping1,BAI Shao-lia ng1(1.Facult y of Civ il Eng ineering,Chong qing U niver sity,Chongqing400045,P.R.China; 2.Chongqing D esign Institute, Chong qing400015,P.R.China)Abstract:T o investigate the seismic behavio rs of fr am es in frame-w all structures(dual sy stem),w hich may be different from those of frame str uctures,tw o fram e-w all structures w ere designed conform ing to current Chinese desig n codes.One is a tw enty-fo ur-stor y building o n the Zone of Fo rtification Intensity8(0.3g), and the other is a thirty-stor y building on the Zone of For tificatio n Intensity8(0.2g).T hen inelastic dynamic response analy ses of the tw o structures w ere conducted w ith series o f inputs of g round mo tions in a rare earthquake level.The seismic behav iors o f the tw o structures w ere investigated prelim inarily.It w as fo und that the co lum ns and beam s of the frames in the frame-w all structures did not exper ienced yielding under strong earthquake,w hile co upled beam s in w alls w ere the m ajo r energ y-dissipatio n elements w ith their post-yielding plasticity.And the bases of so me w alls for med hinges as w ell.T he reasons for the fram es of dual system remained no n-yielding states w ere analyzed and discussed from the aspects of their favo rable lo ad-car rying state and strengthening measures for them in dual sy stems in Chinese design co des.A preliminary proposal w as made that it may be feasible to loo sen moderately so me seismic fo rtification measures concerning the fram e in the dual sy stem w ith a height ex ceeding60m on the Zone of Fo rtification Intensity8.Key words:seismic design;fr am e-w all str uctures;frames;dy namic response;inelastic respo nse框架剪力墙结构是由剪力墙部分和框架部分通过水平刚度很大的各层楼盖而协同工作的复合结构形式。
PEC柱—型钢梁顶底角钢连接框架抗震性能研究
about 7.0%, the ductility coefficient improves by 21.1%, the node rigidity and the degradation of bearing capacity has been improved. Therefore, this frame should be restrict the column axial compression ratio appropriately and be minimized the angle bolts margins within the required range in order to increase the joint stiffness, and improve the frame ductility.Another, three frame models were built by using ABAQUS finite element software in the test, The results of the simulation and the test were compared based on the analysis. the gap between the two results is range from 2.8% to 16.2%. On this basis, a composite frame of three-layer one-span was designed, forcing loads in the situation of frequently occurred earthquake and rarely occurred earthquake with quivalent base shear method. Ultimately the storey drifts of this frame meet the requirement of the seismic code.Key Words：Partially encased concrete composite column；Top-seat angles；Composite frame；Seismic behavior；Finite element analysis* This study is supported by the National Natural Science Foundation（51268042）目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 PEC柱的形式及优点 (1)1.2 梁柱节点的种类 (1)1.3 梁柱连接节点的典型构造 (2)1.3.1 刚性连接节点 (3)1.3.2 铰接连接 (3)1.3.3 半刚性连接 (3)1.4 半刚性连接钢框架的优越性 (4)1.5 研究与应用现状 (4)1.5.1 H型钢部分包裹混凝土组合结构 (4)1.5.2半刚性连接钢框架的试验研究现状 (5)1.5.3半刚性连接钢框架理论研究现状 (7)1.6PEC柱—钢梁角钢连接框架应用的主要问题 (8)1.7 课题提出背景及本文研究内容 (8)2 部分包裹混凝土柱半刚性框架的试验研究 (10)2.1 概述 (10)2.2 试件设计与制作 (10)2.3 材料性能 (11)2.4 试验加载及制度 (12)2.5 试验数据采集 (13)2.5.1 应变片及应变花位置 (13)2.5.2 位移计位置 (15)2.6 试验过程与特征分析 (15)2.6.1 KJ-1试验现象 (15)2.6.2 KJ-2试验现象 (16)2.6.3 KJ-3试验现象 (17)2.6.4破坏特征与破坏机理分析 (18)3 抗震性能与应变分析 (19)3.1 滞回性能 (19)3.1.1 滞回曲线 (19)3.1.2 骨架曲线 (20)3.2 承载力退化 (21)3.3 刚度退化 (23)3.4 延性分析 (26)3.5 节点初始转动刚度 (27)3.6 应变分析 (30)3.6.1 节点核心区剪应变 (30)3.6.2 角钢应变 (32)3.6.3 角钢、梁端、柱脚应变分析 (33)3.6.4 角钢、梁端、柱脚屈服先后顺序分析 (33)3.6.4 内力分析 (39)3.7 小结 (41)4 有限元分析 (43)4.1 概述 (43)4.2 建模过程 (43)4.2.1 材料属性及本构关系 (43)4.2.2 网格划分 (45)4.2.3 接触与约束 (45)4.2.4 螺栓预紧力及边界条件 (45)4.3 模拟结果与试验对比分析 (46)4.3.1 破坏形态 (46)4.3.2 数据对比 (49)4.4 PEC柱—型钢梁角钢连接三层框架抗震性能分析 (50)4.4.1 拟静力加载条件下抗震性能分析 (50)4.4.2 地震作用下抗震性能分析 (52)4.5 小结 (55)结论 (56)参考文献 (58)在学研究成果 (62)致谢 (63)1 绪论1.1 PEC柱的形式及优点PEC柱为英文Partially Encased Concrete Composite Column的缩写，即部分包裹混凝土组合柱，为近年来出现的新型构件。
5.4 框架柱的抗震设计解析
解：2.斜截面受剪承载力
（1）剪力设计值
u l V 1.2(M c Mc ) / Hn
1.2
770 730 521.74kN 4.2 0.75
（2）剪压比应满足
V 1 1
RE
(0.2 f c bh0 )
RE
(0.2 f c bh0 )
1 521.74kN (0.2 15 500 565 ) 997kN 0.85
解：3.轴压比验算
N / bhf c 2710000 0.63 0.80 （可） 14.3 500 600
4.体积配筋率验算
由轴压比 N 0.63, 根据表v 0.136，采用井字复合箍筋（见教材P150） 配箍率为：sv n1 As1l1 n2 As 2l2 4 78.5 450 4 78.5 550 1.27% Acor s 450 550 100
为了不使框架底层柱过早出现塑性铰，规范规定：一、二、三级框 架底层柱底截面组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5、1.25、1.15。
（2）在弯曲破坏前不发生剪切破坏
（a）柱剪力设计值的调整
t b V Vc (M c Mc ) / Hn
9度时和一级框架尚应符合
t b V 1.2(M cua M cua ) / Hn
V---柱端组合剪力设计值；
Hn
---柱的净高；
t b Mc 、M c --分别为柱上下端顺时针或逆时针方向截面组合的弯 矩设计值; t b M cua 、M cua ---分别为偏心受压柱上下端顺时针或逆时针方向根 据实配钢筋面积和材料强度标准值和轴压力等计算的 抗震承载力所对应的弯矩值；
Vc ---柱的剪力增大系数，一级为1.4,二级为1.2,三级为1.1。
某钢筋混凝土框架结构教学楼的抗震性能鉴定分析
某钢筋混凝土框架结构教学楼的抗震性能鉴定分析杨玲 1 周明 2 贺海斌 3(1.湖南湘建智科工程技术有限公司 湖南长沙 410000; 2.邵阳市交通枢纽建设有限责任公司 湖南邵阳 422000; 3.邵阳学院土木与建筑工程学院土木工程教研室 湖南邵阳 422000)摘要： 针对建于20世纪70年代的某教学楼，根据现行《建筑抗震设防分类标准》（GB 50223-2008）和《既有建筑鉴定与加固通用规范》（GB 55021-2021）属于A 类建筑，进行建筑外观、地基基础现状、结构平面布置、材料性能指标、结构构造连接情况等方面进行综合抗震能力的评定，建立了抗震鉴定的流程图，经两级鉴定对该教学楼进行了评价，得出其鉴定结果，并指出部分构件需要进行加固。
关键词： 框架结构 教学楼 A 类建筑 抗震性能鉴定中图分类号： TU352.11;TU746.3文献标识码： A文章编号： 1672-3791(2023)16-0166-05Analysis of the Evaluation of Earthquake Resistant Capability of a Teaching Building with Reinforced Concrete Frame StructureYANG Ling 1 ZHOU Ming 2 HE Haibin 3(1. Hunan Xiangjian Zhike Engineering Technology Co., Ltd., Changsha, Hunan Province, 410000 China;2. Shaoyang Transportation Hub Construction Co., L td., Shaoyang, Hunan Province, 422000 China;3.Department of Civil Engineering, School of Civil Architectural Engineering, Shaoyang University,Shaoyang, Hunan Province, 422000 China)Abstract: For a teaching building built in the 1970s, according to the current "Building Seismic Fortification Clas‐sification Standard" (GB 50223-2008) and "General Code for Identification and reinforcement of Existing Build‐ings" (GB 55021-2021), it belongs to the Class A building. The comprehensive anti-seismic capacity of the build‐ing appearance, foundation status, structure layout, material performance index, structure connection and other as‐pects is evaluated, the flow chart of seismic appraisal is established, the teaching building is evaluated after two-level appraisal, appraisal results are obtained, and it is indicated that some components need to be reinforced.Key Words: Frame structure; Teaching building; Class A building; Evaluation of earthquake resistant capability我国位于太平洋地震带和欧亚地震带两大活跃地震带之间，受到太平洋和印度洋两大板块的挤压作用，地震断裂带丰富，地震活动具有频度高、强度大、分布广的特点[1]。
框架柱 框架柱就是在框架结构中承受梁和板传来的荷载
框架柱框架柱就是在框架结构中承受梁和板传来的荷载，并将荷载传给基础，是主要的竖向受力构件。
需要通过计算配筋。
框支柱是底框砖混结构（底层为钢砼框架结构，上层为砖混结构）中的底层钢砼框架柱子。
芯柱芯柱就是在框架柱截面中部三分之一左右的核心部位配置附加纵向钢筋及箍筋而形成的内部加强区域。
在周期反复水平荷载作用下，这种柱具有良好的延性和耗能能力，能够有效地改善钢筋混凝土柱在高轴压比情况下的抗震性能。
为了便于梁筋通过，芯柱边长不宜小于柱边长或直径的1/3，且不宜小于250mm。
芯柱的作用：弯矩对核心钢筋的影响小，用周边钢筋抵抗弯矩的作用，即使混凝土保护层开裂剥落后，周边钢筋和混凝土的粘结削弱，而核心钢筋和混凝土之间仍具有良好的粘结，核心钢筋不会发生压曲；即使外围混凝土失效，核心钢筋形成的芯柱仍能抵抗竖向荷载，防止大震情况下结构的倒塌。
对高层建筑大柱网的底部若干层柱的截面尺寸往往由于轴压比限值控制，而纵向钢筋仅为构造配筋；因此，这些柱采用核心配筋形成芯柱后往往能合理地缩小柱的截面尺寸。
芯柱施工技术每层墙体砌筑完毕后，砌筑砂浆必须达到一定强度（强度平均值≥1.0MPa）后，方可浇灌芯柱砼，每一层的芯柱必须在一天内灌注完毕；按芯柱平面图布置芯柱，芯柱截面不小于120xl20mm，芯柱沿房屋上下贯通，并与各层圈梁整体现浇，芯柱内竖向钢筋按设计，一般1Φ16；在灌芯柱前，必须清除砌块孔洞内凸出的砂浆，与砌块底部的毛边，以便于浇灌芯拄砼和避免形成“颈缩”现象；每层砌第一皮时，芯柱位置应采用清扫孔的砌炔（K422D）砌筑。
浇注芯柱砼前，必须清除孔洞内落地灰和其它杂物，用高压风或水冲净孔洞。
校正铜筋位置并绑扎或焊接牢固，封好清扫口；芯柱钢筋应与基础梁或基础的预埋钢筋搭接，上、下楼层的钢筋在圈梁上部搭接，搭接长度为40d；芯柱的砼，必须特别注意级配、和易性及具有微膨胀性。
应掺入适量粉煤灰和外加剂，以提高芯柱混凝土的流动性；塌落度应不小于180mm；芯柱砼应在砌完一个楼层高度后，实行定量连续浇灌、分层捣实。
基于OpenSees的高强钢筋混凝土柱抗震性能数值模拟
基于OpenSees的高强钢筋混凝土柱抗震性能数值模拟摘要：基于OpenSees平台，采用梁柱纤维单元建立了钢筋混凝土单柱的纤维模型，对循环荷载下的配置HRB500纵筋和箍筋的混凝土单柱非线性滞回反应进行了数值模拟。
通过对模拟结果和试验结果的对比分析，验证了OpenSees平台对于配置高强钢筋混凝土柱的抗震性能模拟的可行性和精确性。
关键词：OpenSees;高强钢筋混凝土柱；纤维模型；数值模拟；抗震性能0 引言我国目前的用钢水平远低于国际先进水平，根据混凝土结构的发展趋势，推广应用高强钢筋将促进我国结构用钢水平的提高，在建筑结构中推广应用HRB500钢筋，具有巨大的经济效益和社会效益。
2010年《混凝土结构设计规范》正式将HRB500级钢筋纳入主力钢筋并用于混凝土梁、柱和剪力墙的设计。
目前，高强钢筋用于混凝土柱的试验和理论研究比较缺乏，在500Mpa级纵筋抗压强度、高强约束箍筋抗拉强度和高强钢筋对柱的位移延性的影响等问题上存在争议，有必要进行进一步的试验研究和理论分析，为高强钢筋的推广和应用提供科研依据。
笔者基于OpenSees开放程序平台采用基于有限单元刚度理论的DBBC纤维单元建立了钢筋混凝土单柱的纤维模型，采用与试验相同的加载方式，模拟了同济大学所做的4根配置HRB500纵筋和箍筋的混凝土柱的低周反复加载试验，并对柱的滞回曲线和骨架曲线进行了对比分析，验证了此种模型的正确性和可靠性。
1 钢筋混凝土柱纤维模型纤维模型将杆件截面划分为多个纤维，每个纤维均为单轴受力，不同的纤维可以赋予不同的材料本构。
纤维模型假定构件截面在变形中始终保持为平面，因此只要知道构件截面的弯曲和轴向应变就可以得到截面每一根纤维的应变，从而得到截面的刚度。
本文选用DBBC（Displacement—Based Beam Column）单元，该单元是一种分布塑性单元，该单元允许刚度沿杆长变化，首先通过结点位移得到相应的单元杆端位移，然后根据位移插值型函数求得截面的变形，再根据截面的恢复力关系得到相应截面抗力与截面切线刚度矩阵，最后按照Gauss—Legendre积分方法沿杆长积分计算出整个单元的抗力与切线刚度矩阵。