考虑填充墙影响的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌研究

摘要

自上世纪六十年代以来建筑结构屡屡因偶然事件发生连续倒塌，带来的巨大生命与财产损失逐渐引起了工程界的重视。50多年来对建筑抗连续倒塌的研究取得了很多成果并有多部成熟的相关规范问世。我国对此领域研究起步较晚，相关规范仍不够系统与全面，特别是对于常见的钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌设计规定不够详细，更没有将填充墙的影响考虑其中。因此分别对纯框架与填充墙框架结构进行连续倒塌分析，研究框架结构的抗连续倒塌性能和填充墙对此所起的作用，并探索结构下部存在薄弱层时对框架结构抗连续倒塌性能的影响。
　　 使用SAP2000对平面框架的连续倒塌进行非线性模拟，与已有试验结果相比较表明SAP2000有限元软件能较好地模拟框架结构连续倒塌前期弹性与部分弹塑性的力学行为，可作为框架结构连续倒塌数值模拟软件；基于ANSYS对带边梁柱的填充墙模型进行有限元非线性分析，结果表明竖向荷载下带边梁柱的填允墙结构展现出了与水平荷载下十分类似的受力机制，填充墙的简化计算模型可选取等效斜撑模型进行模拟。
　　 在选取确定了分析软件与简化计算模型的基础上，基于备用荷载路径法分别对纯框架与填充墙框架结构进行连续倒塌的非线性静力与非线性时程分析，研究框架结构的连续倒塌行为及填充墙在其中所起的作用。首层柱失效时纯框架与填允墙框架结构展现出了相同的倒塌规律：角柱失效最易使剩余结构发生连续倒塌，边柱次之，内柱概率最小；与失效柱相邻的框架柱和两层双跨梁是承担竖向冲击荷载的主要构件。相同柱失效的工况下，考虑填充墙的影响后剩余结构发生倒塌的概率明显降低。填充墙的存在不仅可以吸收部分冲击能量，还可使竖向冲击荷载具有更大范围的内力传递与能量耗散机制，更好地把失效跨的竖向荷载传递到其它的构件上从而对剩余结构的稳定更为有利。
　　 分别对底层与二层存在薄弱层的框架结构进行非线性静力与非线性动力的连续倒塌分析，结果表明底层存在薄弱层时对结构的抗续倒塌性能基本没有影响，而二层为薄弱层时对剩余结构的稳定极为不利，结构易发生连续倒塌。