D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.06.020 第31卷第6期 北京科技大学学报 Vol.31 No.6 2009年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2009 二层足尺细密柱框架结构体系抗震性能 邓新穗)张扬23)张举兵2) 刘军进)牟在根2) 1)广州市市政工程设计研究院，广州5100602)北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 3)中国建筑科学研究院，北京100013 摘要为研究细密柱框架结构体系的抗震性能，对一个两层密细柱框架结构的足尺模型进行了拟静力往复荷载实验，给出 了实验结果：利用有限元计算软件ABAQUS,SAP2000和PKPM对模型进行了推覆分析，并与实验结果进行了对比，发现软件 分析所得的裂缝模式和塑性铰位置均与实验结果吻合：最后得出了该实验模型的性能曲线，并对其在罕遇地震作用下的性能 进行了评价·实验结果表明，作为框架结构的一种，密细柱框架体系可以发挥良好的抗震性能 关键词框架结构：拟静力：往复荷载：抗震性能评估 分类号TU317+.1 Aseismic performance of a full-scale model of a two-storied frame structure with dense grid of slender columns DENG Xin'sui),ZHANG Yang23).ZHA NG Ju-bing2),LIU Junjin.MU Zai-gen2) 1)Guangghou Municipal Engineering Design Research Institute.Guangghou 510060.China 2)School of Civil and Environmental Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 3)China Academy of Building Research.Beijing 100013.China ABSTRACT In order to investigate the aseismic performance of a kind of newly developed frame structure with dense grid of slender concrete columns in walls,a quasi"static test under reciprocating lateral loads was conducted for a full-scale two"storied modal frame and the experimental results were introduced.As a comparative study.the static elastoplastic push-over analyses were performed using different softwares of ABAQUS.SAP2000 and PKPM.Compared with the experimental results,the analyzed FEM models ex hibited the same crack propagation patterns in walls,and the plastic hinge points also coincided with the experimental results.Finally,a ca- pacity spectrum was obtained to evaluate the aseismic performance of the experimental model:its aseismic performance under eight- degree rare earthquake was evaluated.It is concluded that the aseismic performance of the frame structure with dense grid of concrete columns is considerably good. KEY WORDS frame structure;pseudo"static:cyclic load:aseismic performance evaluation 我国农村地区大量的二三层低矮建筑物常常因 系，由于加密了柱距，使得框架柱截面和框架梁截面 为没有足够的抗震性能，在每次地震后造成不必要 高度都相对减小，适合于在比较低矮的农居、别墅中 的生命及财产损失山，框架结构体系具有良好的抗 应用，密柱框架体系结合模壳技术具有免支模施工 震耗能能力，但其所使用的“肥梁胖柱”，很难应用于 快速的特点；而且模壳切割方便，可根据需要设置异 一般的低矮建筑物，目前出现的一种采用结合模壳形柱，从而保证了室内空间的完整性，更为重要的 技术的细密柱框架结构体系，使得在低矮建筑物中 是，作为框架结构的一种，细密柱框架体系可以具有 应用混凝土梁柱抵抗水平荷载成为可能.密细柱框 较好的抗震性能，对于减少我国农村地区因自建房 架结构体系是框架柱布置较密集的一种框架结构体 缺乏抗震能力而造成的隐患具有十分重要的意义， 收稿日期：2008-07-10 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50878022):北京市自然科学基金资助项目(No.8082017) 作者简介：邓新穗(1963一)男，高级工程师：牟在根(1960-)，男，教授，博士生导师，E-mail:zgmu@ces·ustb-edu-cn
二层足尺细密柱框架结构体系抗震性能 邓新穗1） 张 扬23） 张举兵2） 刘军进3） 牟在根2） 1） 广州市市政工程设计研究院广州510060 2） 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 3） 中国建筑科学研究院北京100013 摘 要 为研究细密柱框架结构体系的抗震性能对一个两层密细柱框架结构的足尺模型进行了拟静力往复荷载实验给出 了实验结果；利用有限元计算软件 ABAQUS、SAP2000和 PKPM 对模型进行了推覆分析并与实验结果进行了对比发现软件 分析所得的裂缝模式和塑性铰位置均与实验结果吻合；最后得出了该实验模型的性能曲线并对其在罕遇地震作用下的性能 进行了评价．实验结果表明作为框架结构的一种密细柱框架体系可以发挥良好的抗震性能． 关键词 框架结构；拟静力；往复荷载；抗震性能评估 分类号 TU317＋∙1 Aseismic performance of a ful-l scale model of a two-storied frame structure with dense grid of slender columns DENG Xin-sui 1）ZHA NG Y ang 23）ZHA NG Ju-bing 2）LIU Jun-jin 3）MU Za-i gen 2） 1） Guangzhou Municipal Engineering Design ＆ Research InstituteGuangzhou510060China 2） School of Civil and Environmental EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 3） China Academy of Building ResearchBeijing100013China ABSTRACT In order to investigate the aseismic performance of a kind of newly developed frame structure with dense grid of slender concrete columns in wallsa quas-i static test under reciprocating lateral loads was conducted for a ful-l scale two-storied modal frame and the experimental results were introduced．As a comparative studythe static elastoplastic push-over analyses were performed using different softwares of ABAQUSSAP2000and PKPM．Compared with the experimental resultsthe analyzed FEM models exhibited the same crack propagation patterns in wallsand the plastic hinge points also coincided with the experimental results．Finallya capacity spectrum was obtained to evaluate the aseismic performance of the experimental model；its aseismic performance under eightdegree rare earthquake was evaluated．It is concluded that the aseismic performance of the frame structure with dense grid of concrete columns is considerably good． KEY WORDS frame structure；pseudo-static；cyclic load；aseismic performance evaluation 收稿日期：2008-07-10 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50878022）；北京市自然科学基金资助项目（No．8082017） 作者简介：邓新穗（1963—）男高级工程师；牟在根（1960—）男教授博士生导师E-mail：zgmu＠ces．ustb．edu．cn 我国农村地区大量的二三层低矮建筑物常常因 为没有足够的抗震性能在每次地震后造成不必要 的生命及财产损失［1］．框架结构体系具有良好的抗 震耗能能力但其所使用的“肥梁胖柱”很难应用于 一般的低矮建筑物目前出现的一种采用结合模壳 技术的细密柱框架结构体系使得在低矮建筑物中 应用混凝土梁柱抵抗水平荷载成为可能．密细柱框 架结构体系是框架柱布置较密集的一种框架结构体 系由于加密了柱距使得框架柱截面和框架梁截面 高度都相对减小适合于在比较低矮的农居、别墅中 应用．密柱框架体系结合模壳技术具有免支模施工 快速的特点；而且模壳切割方便可根据需要设置异 形柱从而保证了室内空间的完整性．更为重要的 是作为框架结构的一种细密柱框架体系可以具有 较好的抗震性能对于减少我国农村地区因自建房 缺乏抗震能力而造成的隐患具有十分重要的意义． 第31卷 第6期 2009年 6月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．6 Jun．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．06．020
第6期 邓新穗等：二层足尺细密柱框架结构体系抗震性能 .675 目前该结构的抗震性能仍缺乏实践检验，本文利用 逐级施加的水平侧向力沿高度的分布模式称为 拟静力低周往复荷载实验对该结构体系的抗震性能 水平加载模式，在地震过程中，结构层惯性力分布 进行研究.拟静力实验虽然不及振动台实验那样真 随地震动强度的不同以及结构进入非线性程度的不 实地模拟地震动情况，但其加载过程可以控制，可以 同而改变.显然，合理的水平加载模式应与结构在 随时停机观察结构的破坏情况，并可按实验需要修 地震作用下的层惯性力分布一致，拟静力往复荷载 正和改变加载历程].对于一般的低矮建筑物在地 实验的水平加载方式有多种，主要分为两大类：一类 震作用时，第1阶模态对该结构反应影响最大；因此 是固定模式，包括均布加载模式、倒三角形加载模式 通过选取合适的水平加载方式，在拟静力作用下即 和抛物线型加载模式；另一类为自适应模式（图2）· 可很好地模拟其在水平地震作用下的结构反应，为 (a) 了最大限度地符合实际，本次实验模型为二层足尺 结构；利用有限元软件ABAQUS、SAP2000和 PKPM对结构进行推覆分析，将数值计算结果和实 验结果进行了对比；利用实验得出的结果对结构在 8度大震下的性能进行评估. 1实验概况 1.1实验模型简介 (c) d 实验模型为一个两层密柱框架体系结构的足尺 模型，房屋为两开间对称布置.单开间为4.09m,进 深为6.36m,两端出挑悬板，一二层平面布置相同， 其结构如图1所示(SAP2000模型)·模型建造时采 用一种免支模的新型模壳，经国家建筑材料工业房 建材料质量检验测试中心实验，具有良好的保温隔 热性能，可以直接作为建筑的外墙和内墙使用.因 为模壳的各项材料性能没有足够的数据，而且在正 式对整体结构实验时，对本次实验所用到的模壳进 图2侧向荷载的加载方式.(a)均布加载；(b)倒三角形加载 行了一些抗压和抗弯性能的实验，认为模壳对结构 (c)抛物线形加载；(d)变振型加载 的水平抗力贡献不大，故在数值计算建模时没有考 Fig.2 Loading modes for lateral forces:(a)uniformly distributed load;(b)reversed triangular loading:(c)parabolic loading:(d) 虑模壳作用 modal loading 根据以上加载模式各自的特点，对于本次实验 的二层足尺模型，在地震力作用下其低阶振型对其 影响又最为显著，且在实验室中采用两点伺服顶加 载便于实现，故本次实验采用倒三角形的侧向加载 方式， 1.3实验结果 1.3.1实验得到的滞回曲线和骨架曲线 实验采用往复加载，得到了结构在往复荷载作 图1两层足尺模型的结构布置图 Fig.1 Disposition of a full-scale two"-storied model 用下的滞回曲线，如图3所示，在模型的滞回曲线 中，可以看出每一滞回环大致呈反$型，最后一级采 1.2实验模型的加载方式 用了单向的推覆，所以出现了一个比较大的滞回环， 在对结构进行侧向加载前，应先将竖向荷载施 并可看出在力回零后结构有很明显的残余位移（图 加到结构上，此时结构主要构件，如框架梁、柱和剪 3中圆圈处)·通过这个滞回曲线，可得到用于结构 力墙不应进入塑性， 性能评价的骨架曲线，如图4所示
目前该结构的抗震性能仍缺乏实践检验本文利用 拟静力低周往复荷载实验对该结构体系的抗震性能 进行研究．拟静力实验虽然不及振动台实验那样真 实地模拟地震动情况但其加载过程可以控制可以 随时停机观察结构的破坏情况并可按实验需要修 正和改变加载历程［2］．对于一般的低矮建筑物在地 震作用时第1阶模态对该结构反应影响最大；因此 通过选取合适的水平加载方式在拟静力作用下即 可很好地模拟其在水平地震作用下的结构反应．为 了最大限度地符合实际本次实验模型为二层足尺 结构；利 用 有 限 元 软 件 ABAQUS、SAP2000 和 PKPM 对结构进行推覆分析将数值计算结果和实 验结果进行了对比；利用实验得出的结果对结构在 8度大震下的性能进行评估． 1 实验概况 1∙1 实验模型简介 实验模型为一个两层密柱框架体系结构的足尺 模型房屋为两开间对称布置．单开间为4∙09m进 深为6∙36m两端出挑悬板一二层平面布置相同． 其结构如图1所示（SAP2000模型）．模型建造时采 用一种免支模的新型模壳经国家建筑材料工业房 建材料质量检验测试中心实验具有良好的保温隔 热性能可以直接作为建筑的外墙和内墙使用．因 为模壳的各项材料性能没有足够的数据而且在正 式对整体结构实验时对本次实验所用到的模壳进 行了一些抗压和抗弯性能的实验认为模壳对结构 的水平抗力贡献不大故在数值计算建模时没有考 虑模壳作用． 图1 两层足尺模型的结构布置图 Fig．1 Disposition of a ful-l scale two-storied model 1∙2 实验模型的加载方式 在对结构进行侧向加载前应先将竖向荷载施 加到结构上此时结构主要构件如框架梁、柱和剪 力墙不应进入塑性． 逐级施加的水平侧向力沿高度的分布模式称为 水平加载模式．在地震过程中结构层惯性力分布 随地震动强度的不同以及结构进入非线性程度的不 同而改变．显然合理的水平加载模式应与结构在 地震作用下的层惯性力分布一致．拟静力往复荷载 实验的水平加载方式有多种主要分为两大类：一类 是固定模式包括均布加载模式、倒三角形加载模式 和抛物线型加载模式；另一类为自适应模式（图2）． 图2 侧向荷载的加载方式．（a） 均布加载；（b） 倒三角形加载； （c） 抛物线形加载；（d） 变振型加载 Fig．2 Loading modes for lateral forces：（a） uniformly distributed load；（b） reversed triangular loading；（c） parabolic loading；（d） modal loading 根据以上加载模式各自的特点对于本次实验 的二层足尺模型在地震力作用下其低阶振型对其 影响又最为显著且在实验室中采用两点伺服顶加 载便于实现故本次实验采用倒三角形的侧向加载 方式． 1∙3 实验结果 1∙3∙1 实验得到的滞回曲线和骨架曲线 实验采用往复加载得到了结构在往复荷载作 用下的滞回曲线如图3所示．在模型的滞回曲线 中可以看出每一滞回环大致呈反 S 型最后一级采 用了单向的推覆所以出现了一个比较大的滞回环 并可看出在力回零后结构有很明显的残余位移（图 3中圆圈处）．通过这个滞回曲线可得到用于结构 性能评价的骨架曲线如图4所示． 第6期 邓新穗等： 二层足尺细密柱框架结构体系抗震性能 ·675·
.676 北京科技大学学报 第31卷 60 200 -100 60 204060 楼面位移mm 图3实验模型的滞回曲线 图6剥离模壳后芯柱裂缝 Fig.3 Hysteresis loops of the tested model Fig.6 Crack patterns of peeled core columns 1000 2Push-over分析 600L 2.1静力弹塑性方法 200 静力弹塑性分析方法，是在结构上施加一组静 -200 力，包括竖向荷载和水平荷载，考虑构件从开裂到屈 服，刚度逐渐改变的弹塑性计算方法，静力弹塑性 600 分析可以得到结构从弹性状态到倒塌的全过程，因 :一。00年有 此也叫做推覆分析(push-over analysis)).静力弹 -1000 60 40 -20 0 20406080100 塑性分析是在荷载增量△P作用下结构刚度不变， 二层位移mm 相当于一次“弹性计算”，因此只需将弹性计算重复 进行次，每一次结构的刚度都不相同，并在每一 图4实验模型的骨架曲线 Fig.4 Skeleton curve of the tested model 次结束之后重新确定构件的当前状态和刚度，重新 建立刚度矩阵.通过该方法可以得到结构的“能力 1.3.2实验模型的裂缝开展情况 和性能”数据，符合正在研究发展的“基于性能设计” 实验过程中观察到的墙片破坏情况如图5；实 的需要，近年来我国在这一方面也做了大量的研究 验结束后剥离墙片模壳观察了芯柱的裂缝开展情 工作[]，通过Push-over分析可得到结构的总承载 况，如图6所示. 力一位移曲线，它可以表示结构在各个受力阶段的 能力和性能，经过转换，把静力弹塑性分析得到的 结构性能曲线称为“能力曲线”，可与由反应谱曲线 变换的“需求曲线”进行比较，从而得到结构在地震 作用下的性能表现，“能力曲线”和“需求曲线的比 较，必须采用经换算得到的相同的坐标.坐标转换 有多种方法，本文选用图7所示的方法，求得其性能 表现点， 图7是以加速度反应谱S。和位移反应谱S: 作为比较坐标.，静力弹塑性分析得到的能力曲线坐 标是位移和层剪力，转换公式如下山. 能力曲线的加速度谱值： (1) 图5实验中期墙片破坏形态 8 Fig.5 Wall failure mode in the intermediate test stage 能力曲线的位移谱值：
图3 实验模型的滞回曲线 Fig．3 Hysteresis loops of the tested model 图4 实验模型的骨架曲线 Fig．4 Skeleton curve of the tested model 1∙3∙2 实验模型的裂缝开展情况 实验过程中观察到的墙片破坏情况如图5；实 验结束后剥离墙片模壳观察了芯柱的裂缝开展情 况如图6所示． 图5 实验中期墙片破坏形态 Fig．5 Wall failure mode in the intermediate test stage 图6 剥离模壳后芯柱裂缝 Fig．6 Crack patterns of peeled core columns 2 Push-over 分析 2∙1 静力弹塑性方法 静力弹塑性分析方法是在结构上施加一组静 力包括竖向荷载和水平荷载考虑构件从开裂到屈 服刚度逐渐改变的弹塑性计算方法．静力弹塑性 分析可以得到结构从弹性状态到倒塌的全过程因 此也叫做推覆分析（push-over analysis） ［3］．静力弹 塑性分析是在荷载增量ΔP 作用下结构刚度不变 相当于一次“弹性计算”因此只需将弹性计算重复 进行 n 次每一次结构的刚度都不相同并在每一 次结束之后重新确定构件的当前状态和刚度重新 建立刚度矩阵．通过该方法可以得到结构的“能力 和性能”数据符合正在研究发展的“基于性能设计” 的需要近年来我国在这一方面也做了大量的研究 工作［4—6］．通过Push-over 分析可得到结构的总承载 力—位移曲线它可以表示结构在各个受力阶段的 能力和性能．经过转换把静力弹塑性分析得到的 结构性能曲线称为“能力曲线”可与由反应谱曲线 变换的“需求曲线”进行比较从而得到结构在地震 作用下的性能表现．“能力曲线”和“需求曲线”的比 较必须采用经换算得到的相同的坐标．坐标转换 有多种方法本文选用图7所示的方法求得其性能 表现点． 图7是以加速度反应谱 Sa 和位移反应谱 Sd 作为比较坐标．静力弹塑性分析得到的能力曲线坐 标是位移和层剪力转换公式如下［1］． 能力曲线的加速度谱值： Sa＝ V Wα1 （1） 能力曲线的位移谱值： ·676· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第6期 邓新穗等：二层足尺细密柱框架结构体系抗震性能 .677 初始抗震要求 由这三种软件进行推覆得到的曲线，从图8可以看 到实际实验所得结构的早期刚度很大，这是由于结 构中存在填充墙的影响，填充墙只是对结构在弹性 阶段刚度有贡献，随着水平荷载的加大，填充墙很快 破坏并退出工作，因此结构的极限水平承载力受其 降低的抗 需要求 影响不大，与数值计算结果基本吻合，从三种软件 推覆分析的结果来看，结构的刚度和极限水平荷载 性能表现点 均相差不大，说明软件分析的结果是可信的，在实际 能力曲线 实验时可以起到指导作用 三 1000 ABAQUS 图7用S。一Sa坐标表示的“要求能力曲线比较 800 EXT Fig.7 Demand-capacity curve in the SSacoordinate system PKPM 600 SAP2000 瑞 (2) R400 式中，V为结构底部剪力，W为结构总质量，A为 200 结构顶点位移，，为第1振型的振型质量参与系 数，P℉1为第1振型的振型参与系数，分别按下式进 行计算： 20406080100120140 位移mm 1= c2战 (3) 图8实际实验和结构分析软件计算的推覆曲线 Fig.8 Tested and software calculated push over curves 3,2出铰情况对比 PE Gih 在分析软件中对结构进行推覆后，可得出结构 (4) G院 的出铰图，对模型进行水平加载实验后，为了观察 芯柱的破坏情况，扒除边墙上的模壳.为了清楚起 其中，G:表示第i层的重力荷载代表值，中1：为第1 见，取其中的一部分和数值计算的出较图进行了对 振型的第i层振幅 比（见图9和图10）.由图10中椭圆所圈部分的出 2.2推覆分析软件的应用 铰情况与图9中实际的出铰情况对比可以看出，在 对实验模型的推覆分析，分别采用了PKPM、 图9中芯柱顶部和底部均出现了比较集中的裂缝， SAP2000和ABAQUS三种有限元分析软件. 而数值计算的出铰图中相同部分的出铰情况也基本 PKPM和SAP2000都是我国建筑设计院常用的结 构设计软件，它们都能够对结构进行推覆分析， ABAQUS是一套强大的工程模拟的有限元软件，可 以分析复杂的固体力学结构力学系统，且其模拟结 果具有很高的可靠性，目前国内一些大型的建筑结 构院所也多采用此软件作为复核)]. 3实验与分析结果对比 3.1实验与软件得出骨架曲线 利用三种软件，分别独立地做出了结构的P一 △曲线，将由三种软件得出的曲线和实验时得到的 曲线同时列于图8. 在图8中，EXT代表实际实验时得到的结构推 图9实际墙片的出铰情况 覆曲线，ABAQUS、PKPM和SAP2000则分别代表 Fig.9 Hinge points in the tested model
图7 用 Sa— Sd 坐标表示的“要求—能力”曲线比较 Fig．7 Demand-capacity curve in the Sa— Sd coordinate system Sd＝ Δn PF1 （2） 式中V 为结构底部剪力W 为结构总质量Δn 为 结构顶点位移α1 为第1振型的振型质量参与系 数PF1 为第1振型的振型参与系数分别按下式进 行计算： α1＝ ∑ n i＝1 Gi●1i 2 ∑ n i＝1 Gi∑ n i＝1 Gi●2 1i （3） PF1＝ ∑ n i＝1 Gi●1i ∑ n i＝1 Gi●2 1i （4） 其中Gi 表示第 i 层的重力荷载代表值●1i为第1 振型的第 i 层振幅． 2∙2 推覆分析软件的应用 对实验模型的推覆分析分别采用了 PKPM、 SAP2000 和 ABAQUS 三 种 有 限 元 分 析 软 件． PKPM 和 SAP2000都是我国建筑设计院常用的结 构设计软件它们都能够对结构进行推覆分析． ABAQUS 是一套强大的工程模拟的有限元软件可 以分析复杂的固体力学结构力学系统且其模拟结 果具有很高的可靠性目前国内一些大型的建筑结 构院所也多采用此软件作为复核［7］． 3 实验与分析结果对比 3∙1 实验与软件得出骨架曲线 利用三种软件分别独立地做出了结构的 P— Δ曲线．将由三种软件得出的曲线和实验时得到的 曲线同时列于图8． 在图8中EXT 代表实际实验时得到的结构推 覆曲线ABAQUS、PKPM 和 SAP2000则分别代表 由这三种软件进行推覆得到的曲线．从图8可以看 到实际实验所得结构的早期刚度很大这是由于结 构中存在填充墙的影响．填充墙只是对结构在弹性 阶段刚度有贡献随着水平荷载的加大填充墙很快 破坏并退出工作因此结构的极限水平承载力受其 影响不大与数值计算结果基本吻合．从三种软件 推覆分析的结果来看结构的刚度和极限水平荷载 均相差不大说明软件分析的结果是可信的在实际 实验时可以起到指导作用． 图8 实际实验和结构分析软件计算的推覆曲线 Fig．8 Tested and software calculated push-over curves 图9 实际墙片的出铰情况 Fig．9 Hinge points in the tested model 3∙2 出铰情况对比 在分析软件中对结构进行推覆后可得出结构 的出铰图．对模型进行水平加载实验后为了观察 芯柱的破坏情况扒除边墙上的模壳．为了清楚起 见取其中的一部分和数值计算的出铰图进行了对 比（见图9和图10）．由图10中椭圆所圈部分的出 铰情况与图9中实际的出铰情况对比可以看出在 图9中芯柱顶部和底部均出现了比较集中的裂缝 而数值计算的出铰图中相同部分的出铰情况也基本 第6期 邓新穗等： 二层足尺细密柱框架结构体系抗震性能 ·677·
.678 北京科技大学学报 第31卷 吻合，说明数值计算得到的结果是符合实际的，可以 见计算机的辅助作用可以很好地指导结构实验，如 作为结构性能评价的依据 预先根据数值计算结果确定加载制度等， (③)通过对该两层足尺细密柱框架结构的抗震 性能的实验和分析，可知该结构体系能够满足北京 地区8度大震作用下的要求. (4)从实验得出的骨架曲线和数值计算结果可 看出，模壳框架柱之间的填充材料，虽然对整体结构 的极限水平承载力没有影响，但对结构体系在小震 作用下的刚度很有贡献，可使结构早期呈现出很大 刚度；同时也可看出，这种细密柱框架结构体系进入 塑性后耗能能力很强. 参考文献 [1]Fang E H.Conceptual Design of High-rise Reinforced Concrete 图10推覆后结构的出铰示意图 Buildings.Beijing:China Machine Press,2004 Fig-10 Hinge points in the FEM model (方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计·北京：机械工业 出版社，2004) 4抗震性能评估 [2]Zhang X P.Nonlinear Analysis of Aseismic Reinforced Concrete 结构抗震性能可根据需求谱和能力谱曲线来进 Structures.Beijing:Science Press,2003 (张新培.钢筋混凝土抗震结构非线性分析·北京：科学出版 行评价[8101.根据结构实际推覆的结果，利用式(1) 社，2003) ~(4)可以得出本次实验模型的需求谱和能力谱曲 [3]Xue Y T,Xu PF.Xiao CZ.et al.Method of push over analysis 线如图11所示.由图11可以看出，其能力谱和需 and its application to project.Build Sci.2005.21(6):1 (薛彦涛，徐培福，肖从真，等.静力弹塑性分析(Push over)方 求谱有一个交点，能够满足结构在8度大震作用下 法及其工程应用.建筑科学，2005,21(6)：1) 的要求 [4]Wang DS,He J L,Zhang F X.The basic principle and a case 1.0 study of the static elastoplastic analysis (pushover analysis). 一阻尼比5% World Earthquake Eng:2004.20(1):45 0 一阻尼比10的 (汪大绥，贺军利，张风新.静力弹塑性分析(Pushover Analysis) 阻尼比15% 的基本原理和计算实例.世界地震工程，2004,20(1)：45) [5]Lawson RS.Nonlinear static push over analysis why,when,and how?//5th US National Conference on Earthquake Engineer- ing.Chicago.1994 [6]Wei W,Feng Q M.Research on comparison of several push-over 能力语 analysis methods.Earthquake EngEng Vib,2002,22(4):66 (魏巍，冯启民.几种Push over分析方法对比研究.地震工程 与工程振动，2002,22(4)：66) 0.03 0.06009 02015 S/m [7]Zhu B L.Aseismic Tests of Structures.Beijing:China Earth- quake Press,1989 图11实验模型的“要求能力曲线(g为重力加速度) (朱伯龙主编.结构抗震实验.北京：地震出版社，1989) Fig-11 Demand-capacity curve of the tested model (g is the accel- [8]Zhang X P.Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete Strue- eration of gravity) tures.Beijing:Science Press,2003 (张新培。钢筋混凝土抗震结构非线性分析，北京：科学出版 5结论 社，2003) [9]Zhang PL.Applied Research of Static Pushover Analysis on De- (1)本文进行了一个两层足尺密柱框架体系楼 formation Computation Under Seldom Occurred Earthquake 房的往复荷载实验，并将实验结果与SAP、PKPM [Dissertation]Hangghou:Zhejiang University.2006 (张朋来.静力Pushover分析在大震作用下变形验算中的应用 和ABAQUS三个有限元分析软件的推覆分析结果 研究[学位论文]·杭州：浙江大学，2006) 进行了对比，结果表明，通过对结构合理的简化，在 [10]Shi QX.Performance Based Seismic Research and Damage As- 结构分析软件中建模后可以得到较接近实际实验的 sessment of Reinforced Concrete Structures [Dissertation].Xi' an:Xi'an University of Architecture and Technology.2002 结果 (史庆轩.钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏报告 (2)通过实验结果和数值计算结果的对比，可 [学位论文】西安：西安建筑科技大学，2002)
吻合说明数值计算得到的结果是符合实际的可以 作为结构性能评价的依据． 图10 推覆后结构的出铰示意图 Fig．10 Hinge points in the FEM model 4 抗震性能评估 结构抗震性能可根据需求谱和能力谱曲线来进 行评价［8—10］．根据结构实际推覆的结果利用式（1） ～（4）可以得出本次实验模型的需求谱和能力谱曲 线如图11所示．由图11可以看出其能力谱和需 求谱有一个交点能够满足结构在8度大震作用下 的要求． 图11 实验模型的“要求—能力”曲线（ g 为重力加速度） Fig．11 Demand-capacity curve of the tested model （ g is the acceleration of gravity） 5 结论 （1） 本文进行了一个两层足尺密柱框架体系楼 房的往复荷载实验并将实验结果与 SAP、PKPM 和 ABAQUS 三个有限元分析软件的推覆分析结果 进行了对比．结果表明通过对结构合理的简化在 结构分析软件中建模后可以得到较接近实际实验的 结果． （2） 通过实验结果和数值计算结果的对比可 见计算机的辅助作用可以很好地指导结构实验如 预先根据数值计算结果确定加载制度等． （3） 通过对该两层足尺细密柱框架结构的抗震 性能的实验和分析可知该结构体系能够满足北京 地区8度大震作用下的要求． （4） 从实验得出的骨架曲线和数值计算结果可 看出模壳框架柱之间的填充材料虽然对整体结构 的极限水平承载力没有影响但对结构体系在小震 作用下的刚度很有贡献可使结构早期呈现出很大 刚度；同时也可看出这种细密柱框架结构体系进入 塑性后耗能能力很强． 参 考 文 献 ［1］ Fang E H．Conceptual Design of High-rise Reinforced Concrete Buildings．Beijing：China Machine Press2004 （方鄂华．高层建筑钢筋混凝土结构概念设计．北京：机械工业 出版社2004） ［2］ Zhang X P．Nonlinear A nalysis of Aseismic Reinforced Concrete Structures．Beijing：Science Press2003 （张新培．钢筋混凝土抗震结构非线性分析．北京：科学出版 社2003） ［3］ Xue Y TXu P FXiao C Zet al．Method of push-over analysis and its application to project．Build Sci200521（6）：1 （薛彦涛徐培福肖从真等．静力弹塑性分析（Push-over）方 法及其工程应用．建筑科学200521（6）：1） ［4］ Wang D SHe J LZhang F X．The basic principle and a case study of the static elastoplastic analysis （ pushover analysis ）． World Earthquake Eng200420（1）：45 （汪大绥贺军利张凤新．静力弹塑性分析（Pushover Analysis） 的基本原理和计算实例．世界地震工程200420（1）：45） ［5］ Lawson R S．Nonlinear static push-over analysis-whywhenand how？∥5th US National Conference on Earthquake Engineering．Chicago1994 ［6］ Wei WFeng Q M．Research on comparison of several push-over analysis methods．Earthquake Eng Eng V ib200222（4）：66 （魏巍冯启民．几种 Push-over 分析方法对比研究．地震工程 与工程振动200222（4）：66） ［7］ Zhu B L．Aseismic Tests of Structures．Beijing：China Earthquake Press1989 （朱伯龙主编．结构抗震实验．北京：地震出版社1989） ［8］ Zhang X P．Nonlinear A nalysis of Reinforced Concrete Structures．Beijing：Science Press2003 （张新培．钢筋混凝土抗震结构非线性分析．北京：科学出版 社2003） ［9］ Zhang P L．Applied Research of Static Pushover A nalysis on Deformation Computation Under Seldom Occurred Earthquake ［Dissertation］．Hangzhou：Zhejiang University2006 （张朋来．静力 Pushover 分析在大震作用下变形验算中的应用 研究［学位论文］．杭州：浙江大学2006） ［10］ Shi Q X．Performance Based Seismic Research and Damage Assessment of Reinforced Concrete Structures ［Dissertation ］．Xi’ an：Xi’an University of Architecture and Technology2002 （史庆轩．钢筋混凝土结构基于性能的抗震研究及破坏报告 ［学位论文］．西安：西安建筑科技大学2002） ·678· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
