高烈度地區設置少量鋼筋混凝土翼墻對框架結構性能的影響

蔣媛

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

高烈度地區設置少量鋼筋混凝土翼墻對框架結構性能的影響

蔣媛

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

框架結構具有結構布置規則、使用靈活等特點，同時其自身的結構體系側向剛度較小，在強烈地震作用下結構的變形較大，填充墻及其他附屬構件的破壞嚴重。介紹了框架結構在角部不設置翼墻和設置少量、長度很短翼墻兩種結構體系，并通過對小震、中震、大震下的結構主要計算結果進行對比分析。結果表明，設置少量、長度很短翼墻結構體系抗震性能得到了明顯提高(如設置短翼墻后，位移角減少約15%～35%等)。設置少量、長度很短翼墻框架結構一種即經濟又有效的辦法，在實際設計中值得推廣。

框架結構；鋼筋混凝土翼墻；抗震性能；靜力彈塑性分析；經濟性比較

鋼筋混凝土框架結構是我國地震區廣泛使用的一種結構形式[1]?？蚣芙Y構具有結構布置規則、使用靈活等特點，同時其自身的結構側向剛度較小，在強烈地震作用下結構的變形較大，填充墻及其他附屬構件的破壞嚴重[2]。我國規范主要通過一系列的抗震措施來保證按多遇地震設計的結構在更大地震作用下的抗震性能[1]，但5.12汶川地震后，現澆鋼筋混凝土框架結構的抗震性能受到了廣大學者的質疑[3]。中國地震局工程力學研究所通過實驗、研究、分析，得出通過對已有單跨框架結構進行增設鋼筋混凝土翼墻加固后，結構抗震性能有明顯提高[4]；朱丙寅[2]也提出了一些關于單跨框架結構設置少量、長度很短翼墻的設計思路。對于高烈度地區框架結構設置少量、長度很短翼墻后，結構抗震性能的詳細研究以及經濟指標的比較至今研究較少。本文通過對高烈度地區設置少量鋼筋混凝土翼墻的框架結構與未設置翼墻的框架結構進行比較分析，說明高烈度地區設置少量鋼筋混凝土翼墻對框架結構性能的影響及經濟指標的差別。

1 分析模型

為了研究高烈度地區設置少量鋼筋混凝土翼墻對框架結構性能的影響，選取一幢2×7跨5層鋼筋混凝土框架結構。未設置鋼筋混凝土翼墻的結構平面詳見圖1、雙向均設置鋼筋混凝土翼墻的結構平面詳見圖2（注：圖1、圖2圖上填充區域為功能性降板區域）?？蚣芙Y構的梁、板、柱、翼墻均采用現澆，梁、板混凝土強度等級為C30（fc=14.3 N/mm2）；柱、翼墻混凝土強度等級從基頂到屋面均為C45（fc=21.1 N/mm2）；梁、板、柱、翼墻鋼筋均為HRB400（fy=360 N/mm2）?？蚣苤孛娉叽鐬?00 mm×800 mm，400 mm×700 mm等，框架梁截面尺寸為400 mm×700 mm，次梁截面尺寸為200 mm×600 mm。翼墻長度均為700 mm、寬度為400 mm。首層層高4 000 mm、標準層層高3 500 mm。采用北京盈建科軟件有限責任公司編制YJK-A進行小震彈性分析、中震不屈分析；采用中國建筑科學研究院PKPM CAD工程部編制PUSH&EPDA進行彈塑性分析。分別按7度0.15 g、8度0.20 g以及8度0.30 g，均為II類場地，第一組進行抗震分析。整體分析時，結構的嵌固部位均取為基頂。

圖1 未設置翼墻結構布置示意圖Fig.1 The structure layout without wings

圖2 雙向均設置翼墻結構布置示意圖Fig.2 The structure set up with the two-way wing walls

2 小震彈性計算結果

根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）[5]相關規定，采用YJK-A分別按7度0.15 g、8度0.20 g、8度0.30 g以及9度0.40 g，均為II類場地，第一組進行抗震分析，主要計算結果詳下表1～表3。

表1 7度0.15 g小震作用下結構計算結果對比Tab.1 Comparison of structural calculation results under minor earthquake of 7 degree 0.15 g

表2 8度0.20 g小震作用下結構計算結果對比Tab.2 Comparison of structural calculation results under minor earthquake of 8 degree 0.20 g

表3 8度0.30 g小震作用下結構計算結果對比Tab.3 Comparison of structural calculation results under minor earthquake of 8 degree 0.30 g

結果表明，在小震作用下，框架結構在角部增加少量且長度很短的翼墻后，結構整體剛度有了明顯改善。結構周期變短，雖然結構基底剪力及剪重比有所增加，但結構位移角變小，整個結構在地震作用下安全度有明顯提高。特別是烈度越高的地區，翼墻設置的意義越大。

3 中震不屈計算結果

中震不屈采用相對簡化的等效彈性方法進行中震作用下的性能分析。采用北京盈建科軟件有限責任公司編制YJK-A進行中震不屈分析，地震影響系數分別取0.34，0.45，0.68，內力調整系數取為1（即強柱弱梁、強剪弱彎等均不調整），不計算風荷載，阻尼比0.06，周期折減系數1.0，中梁剛度系數不放大[6]。中震作用下的最大層間位移角計算結果見表4。

表4 中震作用下最大層間位移角計算結果對比Tab.4 Comparison of the calculation results of the maximum inter-story drift angle under moderate earthquake

在中震作用下，設置翼墻的框架結構最大層間位移角明顯小于未設翼墻的框架結構。說明在中震作用下，框架結構在角部增加少量且長度很短的翼墻后，能夠減輕或避免隔斷墻、圍護墻以及機電設施的破壞，減小經濟損失或人員傷亡。

4 大震作用下結構抗震性能評價

本工程采用PKPMCAD工程部編制PUSH&EPDA軟件進行靜力彈塑性分析。分別按7度0.15 g，8度0.20 g以及8度0.30 g在大震作用下，分別采用倒三角形荷載和彈性CQC地震力荷載沿X，Y方向進行推覆分析。大震作用下彈塑性層間位移角計算結果詳下表5。

表5 大震作用下彈塑性層間位移角對比Tab.5 Comparison of the calculation results of the maximum inter-story drift angle under major earthquake

未設置翼墻結構與雙向均設置翼墻結構采用PKPMCAD工程部編制PUSH&EPDA軟件，采用相同地震烈度作用、相同地震波進行彈塑性時程分析，結構塑性鉸分布圖詳見圖3、圖4。

圖3 未設置翼墻結構塑性鉸分布圖Fig.3 The plastic hinge distribution map when the wing wall structure is not set up

圖4 雙向均設置翼墻結構塑性鉸分布圖Fig.4 The plastic hinge distribution diagram of the wing wall structure is provided in both directions

在大震作用下，從靜力彈塑性分析可以看出，設置翼墻的結構彈性層間位移角明顯小于未設置翼墻的結構；從結構塑性鉸分布圖可以看出，在相同條件下未設置翼墻的結構框架柱局部出現塑性鉸，框架梁塑性鉸數量明顯多于同條件下雙向均設置翼墻結構，雙向均設置翼墻結構框架柱未出現塑性鉸，僅首層翼墻出現水平裂縫，符合概念設計要求。設置翼墻的結構在大震作用下，結構的抗震性能明顯高于未設翼墻的結構[7-9]。

5 經濟性比較

框架結構梁、柱斷面相同僅結構是否設翼墻的區別，分別在烈度為7度0.15 g、8度0.20 g以及8度0.30 g作用下，結構含鋼筋量詳表6。

框架結構梁、柱斷面不同但整體剛度接近時，未設翼墻的結構與設翼墻的結構分別在烈度為7度0.15 g、8度0.20 g以及8度0.30 g作用下，結構含鋼筋量詳表7。

表6 梁、柱斷面相同的情況下兩種體系含鋼量對比Tab.6 The comparison of two kinds of systems with the same beam and column section

表7 整體剛度接近的情況下兩種體系含鋼量對比Tab.7 Comparison of two kinds of systems with steel content when the overall stiffness is close

從表6、表7可以看出，梁、柱斷面相同的情況下，設翼墻的結構經濟指標與未設設翼墻的結構較為接近，烈度越高設翼墻的結構經濟指標越好框架結構梁、柱斷面不同但整體剛度接近的前提下，采用設置翼墻體系方案經濟指標優于未設翼墻結構體系。

6 結論

1）在小震作用下，增加少量、長度很短的翼墻后，結構整體剛度有了明顯改善，整個結構在地震作用下安全度明顯提高。特別是烈度越高、翼墻設置的意義越大。

2）在中震作用下，設置翼墻的框架結構抗震性能明顯優于未設翼墻的框架結構，減小或避免隔斷墻、圍護墻以及機電設施施的破壞，減小經濟損失或人員傷亡。

3）在大震作用下，從靜力彈塑性分析和動力彈塑性時程分析的結構塑性鉸分布圖均可以看出，增加少量、長度很短的翼墻后結構抗倒塌能力得到明顯增強。

4）從經濟上看，增設少量、長度很短的翼墻后結構性能有較大改善，且對經濟指標影響較??；當兩種結構體系整體剛度接近時，采用增設少量翼墻的結構方案，經濟指標明顯優于未設置翼墻結構。

[1]韋鋒，傅劍平，白紹良.我國混凝土框架結構強柱弱梁措施的實際控制效果[J].建筑結構，2007，37（8）：5-9.

[2]朱丙寅.建筑結構設計問答及分析[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2013.

[3]騰軍，曹冬雪，李祚華，等.框架結構強柱弱梁地震破壞模式形成探討[J].建筑結構，2011，41（S）：285-290.

[4]王財權.單跨框架結構翼墻加固抗震性能研究[D].中國地震局工程力學研究所.

[5]GB50011-2010建筑抗震設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[6]董志峰，柳超，陳勇，等.沈陽樂天世界超高層住宅樓抗震設計[J].建筑結構，2014，44（19）：57-60.

[7]蔣媛，劉開強.成都某超高層辦公樓結構設計可行性分析[J].西南科技大學學報，2015，30（3）：52-56.

[8]住房和城鄉建設部工程質量安全監管司,中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施：結構（混凝土結構）[M].北京：中國計劃出版社，2012.

[9]蔣媛，劉開強.成都某復雜高層辦公結構設計可行性分析[J].水利與建筑工程學報，2015，13（6）：188-193.

Effect of Reinforced Concrete Wing Walls on Performance of Frame Structure in High Intensity Area

Jiang Yuan
（Power China Chengdu Engineering Corporation Limited，Chengdu 610072，China）

Due to such features as regular structure,flexible usage and small lateral stiffness,frame structure has big structural deformation with the filler wall and attached element heavily destroyed when there is a strong earthquake.This study compares two structural systems under minor,moderate and major earthquakes,one with some short wing walls and the other with none.According to the results,the seismic behavior of the structural system with short wing walls is significantly improved（if the short wing wall is set and the displacement angle is reduced by about 15%to 35%,etc.）.It concludes that setting some short wing walls is an economical and efficient way,which is recommendable in practical design.

frame structure;reinforced concrete wing wall;seismic behavior;nonlinear static analysis;economic comparison

Tu318+·1

：A

1005-0523（2017）01-0040-06

（責任編輯 王建華）

2016-07-28

中國電建集團成都院2016年科技項目（P330-2016）

蔣媛（1986—），女，碩士，工程師，研究方向為建筑結構、巖土工程設計。