多层RC框架结构抗倒塌加固方法研究

RC frame structures are widely used in office, hospital and school buildings. However, a lot of such structures collapsed during the May 12 Wnechuan earthquake, the collapse ratio is even higher than that of normal masonry structures. This fact shows that the anti-collapse redundancy of frame structure is still insufficient under the very large earthquake. However a few RC frame structures suffered only slight damages. The most distinct difference for such standing RC frame structures is: there are some shear walls beside normal columns. These added shear walls shared some earthquake force and provide a redundancy for weight bearing. This fact is worth further research. The well-behaved frame structure will be used as a model for experiment research and analysis. Conceptual analysis, numerical simulation and shaking table test will be employed to research the anti-collapse ability of RC frame structure with added shear wall.

钢筋混凝土（RC）框架结构在我国占比高应用广，学校、医院和办公楼用得最多。但大量的RC框架结构在汶川地震中出现底部坍塌或整体倒塌，其倒塌比率反而高于砖混结构，这一事实说明框架结构在大震下的抗倒塌冗余度不足。在极震区发现个别未倒塌的框架结构有以下特点：平面、立面比较规则，除正常设计的柱以外，在纵横向还设置一定数量的剪力墙，这使得结构抗侧力构件充足，竖向构件裂而不倒。这些特点保证了建筑物在大震下的整体性和稳定性，确保了竖向承重构件的不丧失基本承载功能，提高了结构在超大地震下的抗倒塌冗余度，值得深入研究并推广应用。拟选取北川老县城中表现良好的框架结构（带有落地剪力墙）和现有一般框架结构进行抗倒塌能力对比研究，并对一般框架结构模型进行合理加固，通过概念分析、数值模拟和振动台试验研究结构在极强地震（大于1.0g）作用下的抗倒塌能力，提出适用于既有大RC框架结构的抗倒塌加固方法。

钢筋混凝土（RC）框架结构广泛应用于学校、医院、办公楼和住宅建筑中，地震时这类结构倒塌造成的人员伤亡触目惊心。在设计中，框架结构要满足 “强柱弱梁”原则以避免倒塌，但是大量的实际震害表明“强柱弱梁”难以实现。对汶川地震极震区之一—北川县城的调查表明，就抗倒塌而言， RC 框架结构的倒塌及破坏比率要高于砖混结构，这和传统认识有重大差异。项目组以解释这一现象为出发点，通过现场调查、理论分析和地震模拟实验，得到了多层RC框架结构的地震倒塌机理新认识：（1） 建筑的窗下半高连续填充墙对窗间柱的约束作用导致柱侧向刚度比无约束的走廊柱高出几倍，结构在纵向有显著的偏心；而横向受满砌填充墙的约束难以变形，结构并不发生扭转，各层楼板仅沿纵向发生平动；假定窗间柱被半高墙约束，则其获得相当于走廊柱8倍的地震剪力和4倍的弯矩，这样窗间柱上下端率先破坏形成塑性铰。（2）楼板在纵向往复运动过程中，窗间柱的相对层间位移角相当于走廊柱的两倍，因P-Δ效应而率先丧失承重能力（倾倒或压溃），继而引发结构整体倒塌。这样的倒塌模式可以概括为“凝震聚力，各个击破”。（3）框架梁上的填充墙（无论半高或全高）对梁的竖向变形有很强的约束作用，实际上墙和梁组成了一个整体构件在工作，这样的“组合梁”相当于给柱端提供一个固端约束，“弱梁不弱”，柱端出现塑性铰是很自然的。这就解释了为什么在实际震害中难以见到“梁铰”而处处是“柱铰”。研究过程中还获得了有关多层RC框架结构地震作用下力学行为的若干启示。窗下填充墙在结构实际内力分配中发挥着决定性作用，成为触发结构发生“凝震聚力，各个击破”式倒塌的关键因素。结构倒塌一般始于底层，底层的柱并非同步受损，相当于被地震动“蚕食”，逐个或分批失效。结构内力分析应考虑砌筑纵横向填充墙后的空间整体三维效应。如果按照二维分析时，满砌的横向填充墙对结构扭转的约束作用就无法体现，这样，各层楼板的纵向平动模式就不能展现出来。