1、硕 士 学 位 论 文基于构件变形的框支剪力墙抗震性能研究作 者 姓 名学 科 专 业 结 构 工 程指 导 教 师 教 授所 在 学 院 土 木 与 交 通 学 院论 文 提 交 日 期 年 5 月华南理工大学硕士学位论文基于构件变形的框支剪力墙抗震性能研究作者姓名： 指导教师姓名、职称： 教授申请学位级别：工学硕士 学科专业名称：结构工程研究方向：高层建筑结构论文提交日期：年 4 月 20 日 论文答辩日期： 年 月 日学位授予单位：华南理工大学 学位授予日期： 年 月 日答辩委员会成员：主席： 委员： I摘 要我国现行的抗震设计方法主要是通过小震弹性计算和相应的抗震构造措施来满足结构的安
2、全要求，实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设防目标，但这种设计方法无法定量地评估结构在大震作用下的破坏情况及性能状态。本文提出基于构件变形指标的抗震性能评估方法能很好的弥补现行设计方法的不足；采用该评估方法，能更准确地了解结构在罕遇地震作用下真实的破坏情况，有助于结构实际抗震能力的评估，为基于性能的抗震设计提供了切实可行的思路和方法。本文根据基于构件变形指标的抗震性能评估方法，采用 Perform-3D 程序对框支剪力墙结构进行弹塑性时程分析，对该结构类型的抗震性能进行研究，具体的研究内容如下：（1）结合基于性能抗震设计的思想，确定各混凝土构件的性能指标限值，划分构件的性能状态，确定构件性
3、能的评估流程，进而提出基于构件变形指标的抗震性能评估方法。（2）根据现行规范的要求，设计出不同层数、不同设防烈度、不同场地特征周期以及不同转换层位置的 28 栋框支剪力墙结构；为每个结构模型选择 20 条符合规范要求的地震波，进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，并对弹塑性分析模型及计算结果的有效性进行验证。（3）将 28 个模型分成 A、B 两组，分组对弹塑性时程的结果进行分析。对于以层数、设防烈度、场地特征周期为变量的 A 组 24 个模型，主要分析了层间位移角和梁、柱、剪力墙性能状态的分布规律；对于以转换层位置为变量的 B 组 4 个模型，主要分析了转换层位置对周期、振型、层间位移角、各构
4、件性能状态的影响。最后分析按中国规范设计的框支剪力墙结构在罕遇地震作用下的性能状态和抗震安全性。（4）针对弹塑性时程分析地震波选取方法的不足，本文提出了反映地震波对应反应谱与规范反应谱吻合程度的长周期反应谱拟合系数，利用该系数总结出在弹塑性时程分析中地震波的选取方法。关键词：框支剪力墙；抗震性能；弹塑性时程分析；地震波选取；基于构件变形IIAbstractThe current seismic design method in our country is that,the elastic calculation under small earthquake as well as the re
5、lated details of seismic design is used to meet the security requirements of structure and the target of no damage under frequent earthquake,repairable damages under basic earthquake and no collapse under rare earthquake. But it cant assess the damage and performance of the structure quantitatively
6、under strong earthquakes by this kind of design method. This paper put forward the assessment method of seismic performance based on the component deformation, which can make up for the deficiency of the current design method. By using the assessment method , it helps to make more accurate understan
7、ding of the real structure damage under rare earthquake and the actual seismic capacity evaluation of structrue, to provide the feasible ideas and method for seismic design based on performance. According to the seismic performance evaluation method based on component deformation index, this paper s
8、tudies the seismic performance of frame-supported shear wall structure through the elastic-plastic time-history analysis by means of PERFORM-3D.The main research content is as follows:(1)Integrating the thought of the performance-based seismic design, define the performance index value of concrete c
9、omponents, divide the performance state, determine the evaluation process and put forward the seismic performance evaluation method based on component deformation index.(2)According to the requirements of the current code, design twenty eight frame-supported shear wall structures, which has number o
10、f floors, seismic fortification intensity, characteristic site period and the location of transfer floor as variables. Select twenty seismic waves for each structure model and carry on the elasto-plastic analysis under severe earthquake. Then verify the validity of the elasto-plastic analysis model
11、and the calculation results.(3)Divide twenty eight models into A, B two groups and analyze the calculation results IIIof the elastic-plastic time-history analysis by group. For group A with twenty four models in three variables including storey height, seismic fortification intensity, characteristic
12、 site period, mainly analyze the distribution law of inter-story displacement angle and the performance state of beam, column as well as shear wall. For group B including four models of different location of transfer floor, mainly analyze the influence of the transfer floor location on period, vibra
13、tion mode, inter-story displacement angle and the performance state of different component. Finally, analyze the performance state and seismic safety of frame-supported shear wall designed in Chinese code under severe earthquake.(4)For the deficiency of the method of selecting seismic waves in elast
14、ic-plastic time-history analysis, this paper puts forward Long-Period Spectrum Fitting Confficient , which can reflect the fitting degree of spectrum between seismic wave and code. By using the cofficient, the selection method of seismic wave in elastic-plastic time-history analysis is summarized.Ke
15、y words: Frame-supported shear wall; Seismic performance; Elastic-plastic time-history analysis; Selection of seismic wave; Component deformation index IV目录第一章 绪论.11.1 高层建筑结构的发展.11.1.1 高层建筑的发展概况 11.1.2 高层建筑结构的发展趋势 11.2 转换层结构在高层建筑中的研究现状.31.2.1 转换层结构的主要结构形式及其特点 31.2.2 转换层的研究现状 41.3 基于性能抗震设计方法的研究现状.51.
16、3.1 国外的基于抗震性能研究现状 51.3.2 国内的抗震性能研究现状 61.3.3 基于性能抗震设计方法的简介 61.4 本文主要的研究工作.7第二章 基于构件变形的抗震性能评估方法.92.1 RC 构件性能状态的划分标准 92.2 RC 构件的变形性能指标限值 102.2.1 RC 梁的变形性能指标限值 .102.2.2 RC 柱的变形性能指标限值 .122.2.3 RC 墙的变形性能指标限值 .142.3 构件性能状态的划分.162.4 构件性能的评估流程.172.5 本章小结.19第三章 Perform-3D 的弹塑性分析方法 203.1 Perform-3D 简介 203.2 材料
17、本构参数的确定.203.2.1 Perform-3D 的本构形式 .203.2.2 混凝土本构确定 213.2.3 钢筋本构确定 25V3.3 单元构件的模拟.273.3.1 框架单元构件的模拟 273.3.2 剪力墙的模拟 283.4 Perform-3D 的前后处理程序 313.4.1 PPP 前处理程序 .313.4.2 PPP 后处理程序 .323.5 基于 Perform-3D 的结构抗震性能评估流程 .343.6 本章小结.35第四章 框支剪力墙弹塑性分析模型的建立.364.1 框支剪力墙的结构设计.364.1.1 结构概况 364.1.2 弹性计算的分析参数及计算结果 384.2
18、 地震波的选取.404.2.1 地震时程的选取原则 404.2.2 地震时程的选取过程及结果 414.3 Perform-3D 弹塑性分析模型的正确性验证 .454.3.1 Perform-3D 的参数设置 .464.3.2 模态分析 474.3.3 能量误差分析 504.3.4 罕遇与多遇地震下结构的基底剪力对比 534.4 本章小结.55第五章 罕遇地震作用下的抗震性能分析.565.1 模型 A 组的抗震性能分析 565.1.1 层间位移角 565.1.2 底部框支剪力墙的内力分配 585.1.3 连梁的结果分析及性能评估 605.1.4 转换梁和框支柱 645.1.5 剪力墙 65VI5
19、.2 模型 B 组的抗震性能分析 675.2.1 转换层位置对周期、振型的影响 675.2.2 转换位置对层间位移角的影响 695.2.3 转换层位置对内力分配的影响 705.2.4 转换层位置对构件性能的影响 705.3 结构的安全性评估.735.3.1 安全极限状态的确定 735.3.2 安全保证率的确定 735.3.3 安全性判定的原则 745.3.4 安全性判定结果 745.3.5 薄弱层非落地剪力墙的加强 755.4 本章小结.77第六章 长周期结构弹塑性分析地震波的选取.796.1 引言.796.2 长周期反应谱拟合系数.806.3 地震波特性统计.816.4 地震波库的确定.82
20、6.5 本章小结.84结论.85研究成果.85展望.86参考文献.88附录.92攻读博士/硕士学位期间取得的研究成果 .94致 谢.95第一章 绪论1第一章 绪论1.1高层建筑结构的发展1.1.1 高层建筑的发展概况社会发展、科技创新以及人们多样化的生活需求，使高层建筑应运而生；随着城镇化脚步的加快，工商业的不断发展，城市的土地资源越来越少，促进了高层建筑进一步迅猛地发展。高层建筑是经济、社会、科技等的发展结晶，体现了一个国家经济、社会、科技的发展水平。近年来，大量的高层建筑如雨后春笋遍布全国，尤其是北京，上海，深圳，广州等国际大都市，高层建筑的发展速度惊人，楼层数不断增加，建筑高度不断突破，
21、结构形式呈现多样化 1。例如 57 层的北京京广中心在 1990 年建成，总高度为 208 米，是我国内陆首次超过 200 米的一栋高层建筑。深圳地王大厦在 1996 年建成，共 80 层，高 322 米，是我国首栋高度超过 300 米的高层建筑，至今仍然是深圳的标志性建筑。88 层的上海金茂大厦，在 1998 年建成，总高度为 421 米。随后出现 460 米高的上海环球金融中心、509 米高的台北 101 大厦以及 600 米高的广州电视塔等，这一系列建筑的建成不断刷新着高度，结构体系也不断更新。国外的高层建筑发展比较早，最具有代表性的就是美国。不管是在数量、质量还是高度上都处于领先的地位
22、。美国高层建筑的发展已上百年历史，它创造了全新的结构体系，所以世界各国都可以向其借鉴经验。上个世纪末开始，美国就陆续建成了高层建筑：例如 1911 年建成的纽约渥尔华斯大厦高 241 米，1931 年建成的帝国大厦高381 米，1973 年建成的世界贸易中心双子楼高 411.5 米，2013 年落成的新世界贸易中心总高度为 541 米，不断创造新的高度记录。不仅仅是美国，其他国家的高层建筑也不断发展，例如 1998 年建成的吉隆坡石油双塔高 452 米；2007 年建成的迪拜塔高 828米，是目前的世界第一高楼。1.1.2 高层建筑结构的发展趋势（1）建筑功能和用途向多样化发展随着时间的推移，
23、我国的高层建筑从一般的住宅、办公楼、旅馆等发展为多功能华南理工大学硕士学位论文2的综合大楼，一般上部为住宅、宾馆，中部为写字楼，下部为商场、酒店等，而地下为停车场或地铁站。这样的建筑综合性比较强，能同时满足不同用户的需求。由于在一栋建筑中有不同功能的楼层，因此需要进行不同的空间划分，这样就导致上下部的结构布置发生改变，所以要在结构布置发生改变的地方设置转换层，以实现建筑的功能。（2）建筑材料种类多样近年来高层建筑由特大城市逐渐向中小城市发展，钢筋混凝土结构仍是主流，而混合结构与钢结构也得到了巨大的发展。由于混凝土材料取材方便，钢筋用量较少，而且防火性能比钢结构好，造价低廉，钢筋混凝土结构在世界
24、高层建筑中居于主导的地位。由于砖混砌体结构本身的局限性，例如抗拉强度低，因此不宜用在高层建筑中，但是它造价低，在没有抗震设防要求的地区可以使用。钢结构相对上述两种结构而言抗拉、抗压和抗弯抗剪性能比较好，而且钢结构本身自重比较轻，延性好，施工速度快，可用于超高层和一些大跨结构中。但是钢结构造价高，防火性能差，而且设计、施工技术要求高，因此并没有得到广泛的应用。随着科研的进步和技术的创新，在未来的高层建筑中，钢结构将会像钢筋混凝土结构一样逐渐得到广泛的应用。混合结构和钢混组合结构则能集钢筋混凝土和钢结构的优点于一身，同样将是高层建筑发展的趋势。（3）建筑结构体系日益增加高层建筑的结构形式多样，其中
25、比较常见的是筒体、剪力墙、框剪和框架等结构类型。最早使用的是框架结构，其结构构件主要包括梁和柱，而墙只有围护分隔作用，不承担荷载；然而高层建筑的框架结构变形比较大，抗震不利。剪力墙结构主要由纵横向的剪力墙承受水平和竖向荷载，由于刚度大、抗震性能好，所以广泛应用在高层建筑中。而框架剪力墙结构指的是在框架结构里布置剪力墙，这样空间布置比较灵活，侧向刚度很大，可以抵抗风荷载和水平地震的作用。筒体结构主要依靠密柱深梁或剪力墙形成的内外筒体抵抗水平荷载，具有空间大，抗震性能好等优点。现代高层建筑已经从框架逐渐向框筒、剪力墙，框剪等结构类型发展，有利于抗震性能的提高。（4）建筑体型复杂为了建筑视觉的美观和
26、设计需要，高层建筑的平面和立面不会是规规矩矩、方方第一章 绪论3正正的形状，而是逐渐复杂多变，这样对结构工程师来说就是一种挑战。高层建筑是科学进步和社会发展的结晶，是一个国家生产力水平的象征，也是一个国家综合实力的体现。目前的科技水平已经十分发达，新的建筑高度必将得到不断的突破。当前我国的高层建筑处于新的发展阶段，随着经济的发展和人口数量的增长以及土地资源的不断减少等一系列因素导致对高层建筑的需求越来越大，因此高层建筑的发展是历史发展的必然。1.2转换层结构在高层建筑中的研究现状1.2.1 转换层结构的主要结构形式及其特点由于使用需求的不同，要求建筑物同时选用不同的结构形式，因此必须进行结构转
27、换，则进行结构转换的楼层为转换层。多样化的建筑功能和人们日益增长的使用要求促使了转换层结构的诞生和发展。转换层的结构形式主要有 2-4：（1）桁架式转换层：受力清晰合理，传力途径明确，构造相对比较简单，节约材料，占空间少，使得开洞和设置管道方便，位置灵活，自重和抗侧刚度小，刚度突变小，地震反应小，但是节点受力复杂，容易发生剪切破坏。可以用于跨度较大的转换结构中。（2）梁式转换层：该形式的转换层受力明确，便于设计和施工，受力性能良好，但是转换截面较大，质量和抗侧刚度大，因此地震反应大。通常应用在上面采用剪力墙结构、下面采用框架结构的建筑中,用途广泛，占 85%以上 5, 6。（3）板式转换层：该
28、形式的转换层板厚比较大，上下层的柱网布置相对灵活，但是自重大，不利于抗震，耗费材料，计算复杂，力学性能差。通常用于当上下柱网错位比较多的结构中。（4）箱式转换层：该形式的转换层整体空间刚度大，可用于大跨度、大空间、承受大荷载的结构中。（5）空腹桁架式转换层：与桁架式相似，两者的区别之处就是斜撑杆的设置。它的受力性能比桁架式转换层要好。无论什么形式的转换层，都要保证受力清晰合理，荷载传递直接，避免转换次数过华南理工大学硕士学位论文4多，上下楼层刚度突变不能过大。目前框支剪力墙结构仍然是工程中应用较广泛的结构形式。1.2.2 转换层的研究现状转换层结构的发展历史悠久，早在 20 世纪 30 年代，
29、Mater 7首先提出了“上刚下柔”的概念，也就是上部做成刚性而底部做成柔性的结构。随后 Green8等人对这种结构进行了进一步的假设和分析，他假想在地震作用下结构的底部先达到屈服状态，从而剪力无法传递到结构的其他部位，这样底部就可以将地震能量耗散掉。后来到 50 年代，苏联的学者 9也提出类似理论，即上层做成剪力墙结构，下部做成框架结构，这样有利于隔震，提高结构的抗震性能。因此这类房屋开始得到兴建，这也是首次尝试设置转换层来获得底层大空间。然而，这类型的结构在地震作用下发生严重破坏，表明了这种理论并不正确。因为底层框架柱是重要的竖向构件，不能承受太大的变形，在地震力的作用下发生严重破坏，甚至
30、使得结构倒塌。直到 20 世纪 70 年代，国内外的学者和一些科研机构例如 D.R.Green10,L.Gemy11以及中国建科院、清华大学等开始对框支剪力墙结构进行一系列的试验研究。1983 年中国建筑科学研究院 12对 12 层底部大开间上部剪力墙采用鱼骨式的模型进行试验，分析其受力情况；随后大连友好广场住宅采用了首层框支剪力墙结构。清华大学土木系也进行了振动台试验，根据有限元计算的分析结果，提出了重要的概念：结构的刚度分布会因落地剪力墙数量达到一定程度而有了较大的改变，这样可以有效地抵抗地震的作用，防止结构倒塌。此外，魏琏、王森等 13深入研究了梁式转换层，指出转换梁和上部的剪力墙有明显
31、的共同作用，应在设计中验算靠近框支柱部位的上部墙体的承载力。近年中国建筑科学研究院和东南大学等 14对桁架式和板式转换层结构进行静力试验、拟静力试验、振动台试验，并得出了相应的结论，为工程设计提供了理论依据。总而言之，随着时间的推移和科技的进步，科研人员通过一系列的试验研究、理论分析并结合实际工程实践经验，分析了转换层结构的受力特征，得出了合理可靠的设计依据，并将这些结论写进了规范。现在许多工程都设置有转换层，不仅仅是低位转换层，高位转换层结构也日益增加，有 2-6 层的，也有高达 7-10 层的，2011 年出版第一章 绪论5的高层建筑混凝土结构技术规程 （JGJ 3-2010） （下面简称
32、高规 ） 15对转换层结构的安全度作了进一步的提高和说明：应采用基于性能的抗震设计方法对复杂高层建筑结构进行设计；对于平立面不规则、结构复杂的高层建筑，例如拥有错层、转换层等， 髙规规定要用两种以上的有限元软件进行小震作用下的动力特性和抗震性能对比分析；对于体型特殊的结构，除了要进行弹性承载力分析外，还应补充进行弹塑性时程分析 16。此外根据基于性能抗震设计的思想，除了进行整体分析外还应补充其他的分析，例如关键部位在强震作用下的承载力分析等 17。至今为止，国内外专家学者和研究机构深入研究了转换层结构，并进行了试验分析，获得了较大的成果 18-20。这些研究主要是对结构的整体动力特性和抗震性能
33、进行的，而对局部构件的研究主要是以有限元分析和工程经验相结合的方法进行。但是对于带高位转换层的高层建筑而言缺乏试验研究，因此需要进一步探讨和研究。此外，由于转换层上下楼层刚度不同，在转换层处会发生刚度突变，不利于抗震，因此转换层上下的刚度突变对结构的抗震影响，也是亟待解决的问题 21。1.3基于性能抗震设计方法的研究现状目前多数国家的抗震设计规范都是以“小震不坏、中震可修、大震不倒”三水准作为抗震设计的指导思想 22 。我国现行的建筑抗震设计规范 （GB 50011-2010） 17（下面简称抗规 ）也是采用该指导思想来保障结构的安全。实践表明，按照“三水准”方法进行设计的建筑，虽然可以达到抗
34、震性能的要求和保障人们的生命安全 23，但是不能控制地震给经济社会带来的巨大财产损失，减少人们的心理阴影。因此，基于性能的抗震设计方法应运而生，它能满足社会公众的多层次需求 24。虽然目前对于基于性能的抗震设计方法并没有一个明确的定义，但是其思想是一致的：使抗震设计的目标由宏观定性发展为量化具体。设计者和业主可根据建筑的重要性、抗震设防要求、场地条件采用不同的性能目标和抗震措施。结构的承载力、位移、变形等都可以作为量化的指标，很多学者对此进行了不同的研究。因此，它在未来的结构设计中将得到广泛的应用。1.3.1 国外的基于抗震性能研究现状1976 年新西兰学者 Park 提出的抗震设计理论已经蕴
35、含了性能抗震设计的思想 25。华南理工大学硕士学位论文6随后 1992 年美国专家 Moehle 提出了性能抗震设计的概念 26，他的主要思想是以位移为指标的性能抗震设计。随着这种理论的产生，加上之后 1994 年美国和 1995 年日本依次发生了地震，造成巨大的损失，基于性能的抗震设计得到重视，各国学者开始进行深入研究。1995 年，美国 SEAOC Vision 2000 委员会 27建议使用具有多重性能指标的框架用于结构的抗震设计。1996 年，美国联邦紧急管理署 28提出了一套系统的抗震性能指标，以及具体可行的分析计算方法。日本政府于并于 1998 年修订建筑标准法。2005 年洛杉矶
36、颁布了洛杉矶性能髙规 2005 29，明确要求必须通过严谨的力学原理推导和充分的实验论证来得到非线性动力时程分析方法。由此，美国进入了基于性能的抗震设计阶段。随后美国、日本、欧洲、澳洲等国家将基于性能的设计方法纳入各自的规范中 30-33。1.3.2 国内的抗震性能研究现状在中国，对于性能抗震设计的研究相对比较晚，并且没有明确的规范。1999 年 10月，在清华大学举行了“新高层建筑抗震设计方法国际研讨会” ，参会的专家学者关于性能抗震设计进行了讨论。近年来，随着科研工作者的不断探索和研究，基于性能的结构抗震设计方法逐步得到建立和完善，为编写规范打下了基础。王亚勇 34建议在二十一世纪，我国的
37、抗震设计应紧跟国际的发展趋势，发展中国特色的性能抗震设计理论。汪梦甫、李应斌 35, 36等人提出抗震性能设计的理论框架和评估方法。李晓莉 37等人对常用的几种基于性能的抗震设计方法进行了介绍。戴金华、等 38提出基于性能的抗震设计理论，参考国外抗震设计规范，结合我国现行抗震设计规范以及作者多年超限工程的实践成果，提出符合我国实际的基于性能抗震设计方法。1.3.3 基于性能抗震设计方法的简介（1）基于承载力能力的设计方法目前我国抗规采用的抗震设计方法是基于结构的承载能力，它是通过设计具有一定强度的结构来满足承载力的要求，在设计完成后才对位移进行检验。这种基于承载能力的设计方法简答易懂，故能得到
38、广泛的应用，但这种方法无法反应材料的滞回特点，不能量化结构构件的变形能力。（2）基于位移的性能设计方法在基于位移的抗震设计方法中，位移是评估结构抗震性能的指标，关键在于目标第一章 绪论7位移的实现过程。2000 年 Priestley 和 Calvi 提出了相对比较完善、成熟的位移抗震设计方法，其核心思想是：将多自由度体系等效为单自由度体系，再确定单自由度体系在地震作用下的位移响应，然后根据预先假定的侧移模式反推出多自由度体系结构各质点的位移反应，进而对位移指标进行验算。（3）基于能量的性能设计方法现行规范抗震设计方法分为两个基本阶段。第一阶段：用弹性范围内的承载力指标来进行结构设计，弹性位移
39、作为验算指标。第二阶段：当结构进入塑性阶段后，要求对结构进行弹塑性极限分析，计算结构在地震作用下的位移响应来评估其抗震性能。但是弹塑性范围内如果单独用位移指标来描述结构抗震性能是不全面的，因为地震运动包含了运动强度、持续时间和频谱三方面的特性，因此在抗震设计中对于不同的设计阶段，应全面考虑结构的特性指标。当结构进入弹塑性阶段时，要对结构的性能状态进行全面的评估 39，并且应同时将承载力、变形以及累积损伤作为考虑因素，也就是说要对结构进行基于能量的抗震设计。（4）基于构件变形的性能设计方法 虽然现行的规范开始采纳了性能抗震设计方法，提出了四个性能目标等级、三个地震水准、七个性能水准，并对每个性能
40、水准对应的宏观损坏程度、材料强度、内力组合、层间位移角限值等进行具体地描述和定义，但是并没有给出各个构件相应的变形情况。朱丽平、李建乐和李健以材料应变为基础上分别提出 RC 混凝土梁、柱、墙基于材料应变的性能指标 40-42，将结构变形能力进一步量化，为基于构件变形的抗震设计和评估提供了理论依据。戚永乐博士 43基于以上的研究，总结出混凝土构件的基于材料变形的性能指标和提出评估构件性能的 5 个状态。本文是基于戚永乐博士的研究结果，结合框支剪力墙，将理论应用于实际框支剪力墙结构的抗震性能设计。1.4本文主要的研究工作目前，我国规范采用“三水准、两阶段”的抗震设计方法来保证结构的安全，达到“大震
41、不倒”的设防目标，但却无法确定在罕遇地震作用下结构各个构件的破坏情况，而基于构件变形的抗震性能设计则可解决这个问题。本文结合现行规范，基于钢筋混凝土构件变形指标，对框支剪力墙在强震作用下的抗震性能进行研究，工作内容华南理工大学硕士学位论文8如下：（1）阅读大量国内外文献，对高层建筑结构以及转换层结构的发展进行了综述；深入了解基于性能抗震设计方法的研究情况，并对基于性能的抗震设计理论进行简单的介绍。（2）详细介绍了华南理工大学高层建筑研究所提出的钢筋混凝土构件变形指标。以该研究成果为依据，本文提出基于构件变形指标的框支剪力墙抗震性能评估方法，利用该方法对框支剪力墙的抗震性能进行研究。（3）结合现
42、行规范，以层数、设防烈度、转换层的位置以及场地特征周期为变量，设计出 28 栋框支剪力墙结构模型。为每个模型选取符合规范要求的 16 条天然波和 4条人工波，对结构进行罕遇地震作用下弹塑性时程分析，验证弹塑性分析模型和结果的有效性。（4）将 28 个模型分成两组后，对弹塑性时程计算结果进行分析。不同层数、不同设防烈度、不同场地特征周期的 24 个模型设为 A 组，主要分析了层间位移角以及各构件性能状态的分布规律；不同转换层位置的 4 个模型设为 B 组，主要分析了转换层位置对周期、振型、层间位移角、各构件性能状态的影响。（5）确定安全极限状态和安全保证率，结合构件的性能状态提出结构安全性的判断
43、准则，对 28 个模型进行安全性判断，并对判断结果进行分析。（6）提出并定义反映地震波对应反应谱与设计反应谱在长周期段吻合程度的长周期反应谱拟合系数。利用该系数总结出在弹塑性时程分析中地震波的选择方法，确定了适用于阻尼比为 0.05，设防烈度分别为 7 度（0.1g） 、7 度（0.15g） 、8 度（0.2g） 、8.5 度（0.3g） 、9 度（0.4g） ，场地特征周期分别为 0.35s、0.45s 、0.65s 的弹塑性时程分析的地震波库。第二章 基于构件变形的抗震性能评估方法9第二章 基于构件变形的抗震性能评估方法要实现基于构件变形的抗震性能评估，关键在于建立合理的弹塑性分析模型以及
44、构件变形指标的选取 44。对于以上两点，本文将分成两个章节来阐述。第二章将详细地介绍钢筋混凝土构件变形限值的选取以及抗震性能的评估方法。而第三章主要阐述如何利用非线性分析软件 Perform-3D 以及由华南理工大学高层研究所自主开发的 Perform-3D 前后处理软件 PPP（Perform-3D Pre/Post Program）实现结构的弹塑性分析和性能状态的评估。本章介绍的抗震性能评估方法是以戚永乐博士关于 RC 构件变形指标的研究结果 43为基础提出来的，目的在于实现将构件的变形指标应用到实际工程的抗震性能评估当中。2.1 RC 构件性能状态的划分标准基于抗规附录 M 和建筑地震破
45、坏等级划分标准 45，并结合国内外学者的相关学术成果，文献43将 RC 构件划分为 5 种抗震性能状态，分别是完好、轻微损伤、轻中等破坏和不严重破坏等，并从规范的描述、构件的损失情况、修复情况以及材料的应变等方面对各个性能状态进行对比说明，具体如表2-1 所示。华南理工大学硕士学位论文10表 2-1 RC 结构构件抗震性能状态划分标准性能状态 完好 轻微损坏 轻中等破坏 中等破坏 不严重破坏规范描述所有构件保持弹性状态出现轻微的塑性变形，但没达到屈服状态构件处于可修复状态出现明显的塑性变形，功能受损，但花费合理的费用能修复构件严重破坏但不倒塌，生命有保障，功能严重受损损伤情况产生细微裂缝，受拉
46、钢筋未屈服混凝土保护层边缘未压碎，受拉纵筋屈服，残余裂缝宽度小于 1mm混凝土保护层未剥落，核心区混凝土完好，残余裂缝宽度12mm未发生纵筋压屈或断裂现象，核心区混凝土未压碎，残余裂缝宽度2mm纵筋压屈或拉断，核心区混凝土压碎修复情况不用修复，立即使用可用灌注环氧树脂或是构件表面抹浆的方法进行修补可采用粘贴纤维材料或是表面加设钢板的方法进行加固处理，不影响后续使用功能修复费用小于重建费用 局部拆除构件混凝土应变限值 0.002 0.004 0.0050.2cmu（梁取 0.015）1.5su钢筋应变限值 ysfE0.015 0.03 .6.cu.90.8su注： 为钢筋的极限拉应变， 为约束混
47、凝土的极限压应变。sucu2.2 RC 构件的变形性能指标限值文献43结合构件的性能状态、损伤情况、裂缝宽度以及材料的损伤本构，根据材料的应变确定钢筋混凝土结构构件的性能指标，并且将材料应变转换为塑性位移角作为量化结构构件变形能力的指标。文献43在国内外关于混凝土结构构件的性能研究以及收集分析大量的实验数据的基础上，量化了 RC 梁、柱、墙的性能指标。2.2.1 RC 梁的变形性能指标限值众所周知，影响梁构件变形的因素有很多，包括弯剪比、剪跨比、相对受压区高度、配筋率等。文献43通过分析 55 个国内外 RC 梁的试验数据以及不同参数下的 468 个 RC 梁构件有限元分析结果，得到影响 RC
48、 梁构件破坏类型第二章 基于构件变形的抗震性能评估方法11的参数主要包括剪跨比、弯剪比和名义剪应力水平，见（2-1） 、 （2-2） 、 （2-3） 。并根据该三个参数，将 RC 梁的破坏类型分成弯曲破坏、弯剪破坏和剪切破坏，见表 2-2。对于每一种破坏类型，分别给出相应的塑性位移角限值，即变形指标限值，见表 2-3、表 2-4、表 2-5。表 2-2 RC 梁破坏类型划分标准判断标准 弯曲破坏 弯剪破坏 剪切破坏 2 m 0.9 或 v 2.4 4 其他 1 m 且 v 1.2 m 0.9 或 m*v 1.5注： 为剪跨比， m 为弯剪比，v 为名义剪应力水平。表中：（2-1）0=MVh（2
49、-2）()uH（2-3）0vb式中：、 分别为钢筋混凝土梁计算截面的弯矩值、剪力值MV钢筋混凝土梁截面的有效高度0h抗弯承载力极限值u抗剪承载力极限值V试件计算截面到反弯点的距离H矩形截面的宽度b表 2-3 RC 梁的塑性位移角限值弯曲破坏类型性能水准剪跨比 判定标准完好 轻微损伤 轻中等破坏 中等破坏 不严重破坏 2 m 4 其他 0.008 0.011 0.015 0.023 0.033注：表中允许采用线性插值的方法计算位移角限值。华南理工大学硕士学位论文12表 2-4 RC 梁的塑性位移角限值弯剪破坏类型性能水准弯剪比 名义应力水平完好 轻微损伤 轻中等破坏 中等破坏 不严重破坏m 5 v 0.5 0.003 0.013 0.018 0.023 0.028m 5 v 1.0 0.003 0.008 0.013 0.018 0.023m 8 v
