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框筒结构中0.2V0对结构大震性能的影响

陈晓明,段进,李云贵

中国建筑技术中心

摘要:框筒结构中由于剪力墙的刚度通常远大于框架的刚度，因此在大震作用下会随着剪力

墙的破坏发生塑性内力重分布，使框架承担的荷载明显增大，因此在设计中要通过控制框

架承担的剪力比例保证大震作用下具备二道防线。数值模拟研究表明，当框架分担剪力小于规范规定的0.2V0时，虽然通过放大剪力增加配筋可以提高承载力弥补结构在小震作用下的性能不足，但是在大震作用下，承载力的提高并不能弥补框架刚度不足的缺陷，这会导致结构表现出与预期不符的动力性能，结果比较证明，提高框架刚度，使其所承担剪力达到甚至超过0.2V0时，结构的二道防线更加可靠。

关键词:动力弹塑性,框筒结构,二道防线，ABAQUS

1.简介

对于上下规则的框筒结构，规范要求结构中的框架所承担的剪力应不小于结构底部总

剪力的20%及各层框架剪力最大值的1.5倍[1]，即：

??

V?min0.2V,1.5V(1)

f0f,max

其中

V为结构底部剪力标准值；

0

V为各层框架承担的地震剪力标准值；

f

V为各层框架承担的地震剪力最大值。

f,max

该规则通常简称为0.2V0调整。对于框筒结构，按照多道防线的设计概念，大震作用下由于剪力墙的刚度通常远大于框架的刚度，这种刚度的差异使结构中剪力墙作为第一道防线首先发生破坏，随着塑性内力重分布，框架部分所占的侧向刚度比重增加，因此所分

担的水平地震力相对于多遇地震中的比例加大，为了保证框架的抗侧力能力能够起到第二道防线的作用，框架在多遇地震作用下所承担的剪力应该采用公式(1)加以限制。

虽然当结构方案不符合上述条文时，在设计过程中软件可以自动放大框架柱剪力[2]，从而增加截面的配筋，提高截面承载力和延性，但这种调整对抗侧刚度的影响却很小，因此在实际大震分析过程中结构的弹塑性性能与预期会有很大不同，对此问题有许多工程师

进行了研究[3,4]，也有一些实际工程在设计过程中针对这一问题进行了深入研究[5,6]，但

围绕0.2V0规则对于结构的破坏时间历程影响的研究并不多。

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本文通过数值模拟的方法，采用ABAQUS对一典型框筒结构的0.2V0问题进行研究分析，在尽可能不改变结构小震作用整体性能的情况下，通过调整柱截面改变框架柱在多遇地震下所承担的剪力，从而分析相应结构在大震作用下破坏过程的差异，以引起工程师对0.2V0问题中刚度的足够重视。

2.结构模型及静力计算

图1所示框筒结构，内部布置剪力墙核心筒，外部布置混凝土框架，总层数32层，设

防烈度为8度。

(a)整体结构(b)模型1(c)模型3

图1.筒体结构模型

为了考察外围框架柱承担的地震剪力不同对结构大震作用下性能的影响，计算过程中对上述模型中框架柱的截面进行适当调整形成三个结构模型，以改变框架柱对结构抗侧刚

度的贡献。调整过程中使结构的整体设计指标仍满足规范的要求，其中模型1和模型3的平

面简图如图1所示。

调整后三个模型的质量和自振周期结果如表一所示：

表1.质量及自振周期

模型Mass(Ton)T1(s)T2(s)T3(s)

模型144106.4532.4652.3592.317

模型243576.7812.4862.3822.333

模型343272.2582.5032.3992.345

表1结果显示，框架柱截面的调整对结构的整体影响很小，此时，外围框架在小震作

用下对整体结构贡献的差别，可以通过表2中反应谱方法计算得到的结构底部框架柱所承担

的剪力和倾覆力矩来考察。

22017SIMULIA中国区用户大会

表2.反应谱结构底部剪力及倾覆力矩

模型V_Col(kN)V_Tot(kN)V_RatioM_Col(kN.m)M_Tot(kN.m)M_Ratio(kN.m)

模型13643.51411425.81%215793.3823145.426.2%

模型22853.01394420.56%204269.5816487.425.0%

模型32132.41384715.40%196845.7812804.824.2%

表2结果可以看出，在多遇地震作用下框架柱在结构的抗倾覆作用中有微小差异，但在抵抗水平剪力方面差异明显。按照规范规定，结构底部框架部分所承担的剪力通常不应小于总剪力的20%，以达到框架具有第二道防线作用的目的，因此模型2符合规范的临界

值，模型1高于该值，而模型3则不满足要求。根据规范，截面设计时对模型3中框架柱承担

的剪力进行放大，