发布时间 : 星期四 文章沈靓-汶川地震中建筑物典型震害分析与数值计算 - 图文更新完毕开始阅读
图3.35 加腋后柱端塑性铰转移 ........................................................................................ 52 图3.36 加腋后柱端塑性铰转移 ........................................................................................ 52 图3.37 加腋后柱端塑性铰转移 ........................................................................................ 52 图3.38 加腋后梁成为短梁脆性剪切破坏 ........................................................................ 52 图3.39 加腋后柱成为短柱脆性剪切破坏 ........................................................................ 52 图3.40 都江堰某底层框架梁端加腋 ................................................................................ 52 图3.41 加腋后柱端塑性铰转移 ........................................................................................ 52 图3.42 某底层框架梁端加腋 ............................................................................................ 53 图3.43 加腋后柱端塑性铰转移 ........................................................................................ 53 图3.44 梁的支托的配筋图 ................................................................................................ 55 图3.45 加腋柱受力弯矩图 ................................................................................................ 56 图3.46 加腋柱计算简图 .................................................................................................... 56
表 格 清 单
表2.1 模型基本设计依据 .............................................................................................. 24 表2.2 框架构件材料及尺寸 .......................................................................................... 24 表2.3 楼梯构件尺寸（mm）........................................................................................ 24 表2.4 构件的钢筋材料................................................................................................... 24 表2.5 各部位荷载（kN/m2） ....................................................................................... 24 表2.6 楼梯是否参与整体计算对结构整体的影响 ................................................... 27 表2.7 楼梯平面布置对框架结构的影响 .................................................................... 28 表2.8 不同地震烈度下首层楼梯梯段板施工缝处最大拉应力 ............................. 30 表2.9 比较了不同地震烈度下首层梯柱的各项内力 .............................................. 31 表2.10 不同地震烈度下首层楼梯梯梁剪力和扭矩................................................. 31 表2.11 8度多遇性能点时各层顶点位移和层间位移角 .......................................... 36 表2.12 8度罕遇性能点时各层顶点位移和层间位移角 .......................................... 37
第一章 绪 论
1.1 选题背景及意义
地震是一种突发性的、破坏惨重的自然灾害，严重威胁着人类社会的生存和发展。全世界平均每年发生破坏性地震近千次。我国是世界上多地震国家之一。地震分布范围广，抗震设防的国土面积约占全国国土面积的79%；地震频度高、强度大，20世纪以来已发生7级以上地震逾百次；地震震源浅，灾害重，绝大多数地震都是浅源地震，震源深度在30km以内，因而人员伤亡惨重，经济损失巨大[1]。
2008年5月12日14时28分，四川汶川县发生里氏8.0级地震，是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广的一次地震，地震的强度、烈度都超过了1976年的唐山大地震。震中位于汶川县映秀镇（纬度31.0°N、经度103.4°E），震源深度14km。直接严重受灾地区达10万km2，包括震中50km范围内的县城和200km范围内的大中城市。截至6月24日，地震已造成69185人遇难，18467人失踪，374170人受伤，4624万人受灾[1]~ [2]。
汶川地震房屋震害是对20世纪70年代以来我国结构抗震设计方法的一次整体检验。在震害调查中发现多所具有典型震害的建筑物，以及规范考虑不周的地方。通过对震害分析研究，对于进一步改进和完善我国建筑抗震设计方法，具有较强的理论意义和工程价值。
汶川地震发生后，合肥工业大学赴川震害调查专家组在导师柳炳康的带领下，5月下旬前往德阳、绵竹、什邡、都江堰等重灾区（8度～10度区）进行房屋抗震鉴定，开展房屋震害调查，前后历时10天，获取了大量的现场震害资料。汶川大地震的震害调查显示，不同类型的建筑都发生了不同程度的破坏，这些震害中出现了一些以往并未被大家重视的现象和问题，如框架结构楼梯的破坏、底层框架砖房的薄弱层转移，梁柱加腋处的破坏等，汶川地震发生以后，已有许多专家学者开始关注这些问题，并对震害现象给予合理的分析。
汶川地震后，震中周边城镇房屋大量受损，震害调查表明，重灾区特别是极震区钢筋混凝土框架结构的房屋遭受到了不同程度的破坏。框架结构在这次地震中表现出一些新的特殊震害：无论是在低烈度区还是高烈度区，楼梯破坏均非常严重，主要现象为梯板折断、梯梁扭断、对支撑柱的短柱效应等。这是一种值得被关注的破坏现象。在罕遇地震中建筑物应能够保证“大震不倒”，这是对建筑物内人员生命安全的保障，其意义在于保证建筑物发生破坏后人员有机会逃离建筑物而获救。但是，即使建筑物能够“大震不倒”，逃生通道却严重损坏，人员也无法即使脱离险境。因此，在保证“大震不倒”的前提下，逃生通道畅通的重要性应适当提高，有必要对楼梯间特别是休息平台与梯板的抗震设计开展专门的研究，提高楼梯作为逃生通道的功能要求。
在我国现行设计中，不同结构体系，如砌体结构、框架结构或剪力墙结构
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等整体设计计算时，都对楼梯进行了简化处理，整体结构进行内力计算和配筋时，仅将楼梯处楼板开洞，将楼梯的竖向荷载传递到框架梁、柱或墙上，并未将楼梯的构件作为结构的一部分参与整体计算，而楼梯只孤立地进行构件计算和配筋，完全没有考虑参与主体的抗震作用。这一现象值得深入分析研究。
底层框架砖房结构是指底部一层或两层由钢筋混凝土框架-抗震墙承重，上部由多层砖墙承重的结构，常用于中、小城镇临街的住宅、旅馆、办公楼等建筑。这些建筑由于规划上的要求往往在底部设置商铺，房屋底层因使用上需要较大空间而采用钢筋混凝土框架-抗震墙结构，房屋上部因使用上需要较多隔断，纵横墙体较多，故利用砖墙承重。在地震作用下，底层框架是柔性结构，虽然可以使房屋周期变长，地震作用减小，底层柱子屈服后限制地震作用上传，一定程度上减轻上部结构震害。但柔性底层的破坏十分严重，这将危及整栋房屋的安全，上部结构破坏再轻也是没有意义的。
汶川大地震中震害表明一些底层框架砖房由于底层抗震墙设置过多，抗侧刚度过大，出现了薄弱层转移至二层砖房，导致二层破坏严重甚至整层叠合塌落的现象。我国现行《建筑结构抗震规范》[5]规定，侧移刚度比K2/K1在8度时不应大于2.0，在7度时不宜大于2.0，当设有钢筋混凝土抗震墙时可适当放宽，但不应大于2.5，当仅设嵌砌于框架的实心砖和混凝土小型砌块墙时不应大于2.0；6度时也不应大于2.5。同时均不应小于等于1.0。
此外，由于底框结构托墙梁要承受上部砌体重量以及每层楼面传来的荷载，故梁高较大，设计人员常在入口处柱端竖向加腋，形成梁的支托，可降低梁高，获得较大净空。而许多底框建筑底层柱端加腋后塑性铰不再出现在柱顶，加腋后塑性铰转移至腋下加密区以外的区段，这一现象值得我们关注以对该类型柱的抗震构造措施加以改进。
1.2本文主要研究的内容 1.2.1框架楼梯震害分析
有关楼梯对框架结构抗震性能的影响，已引起许多专家学者和工程技术人员的关注。事实上表明，楼梯对框架结构的影响，不仅关系到结构的抗震设计，也关系到建筑的安全性能和经济性。为了正确的分析和有效的控制这些因素，首先就要针对传统计算分析模型，即不输入楼梯构件进行抗震计算的模型，以及输入楼梯构件考虑其参与空间分析的模型对其进行对比分析，再与地震中出现的典型震害相对照，分析震害产生的原因；其次就是总结其分析数据，提出相关施工措施和设计建议，以便与结构的抗震设计相适应，并易于在规范的规定下进行操作。
基于以上思考，本文以某钢筋混凝土框架结构办公楼及其中的钢筋混凝土板式双跑楼梯为研究对象。该办公楼5层，平面布置规则，便于分析计算。本
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