基于动力方法的RC框架结构整体超强能力分析摘要：结构超强系数是结构在强震作用下不发生倒塌的重要因素，但是目前中国现行抗震规范没有纳入结构超强能力的影响，对于结构安全性的计算都是考虑结构构件，没有更多地考虑整体结构的承载能力.考虑不同设防烈度，不同层数严格按现行抗震规范设计了17个典型RC框架结构，采用OpenSees进行有限元建模与分析，并采用结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证.采用非线性动力方法对所设计典型结构的地震反应进行了分析，得到了按现行抗震规范所设计结构的整体动力超强系数能力值的取值及其变化规律.结果表明：通过结构整体动力超强系数能力值，可以预测临界倒塌状态时结构的最大承载能力.分别按Ⅵ度，Ⅶ度和Ⅷ度抗震设防设计的结构，结构整体动力超强系数能力值分别至少要达到6，4和3，其最低值和NEHRP2000推荐条文中给出的结构整体超强系数限值3一致.关键词：结构整体超强系数能力值；非线性动力分析；临界倒塌状态；钢筋混凝土；框架结构：P315.9文献标识码：A结构超强系数是结构的实际强度与设计强度的比值，它反映了结构储备强度的大小.历次震害表明，结构超强的存在是结构在大于其设计地震作用的强震作用下不发生倒塌的一个重要因素[1].美国的NEHRP[2]推荐条文给出了不同结构体系的超强系数建议值（FEMA-750）；欧洲规范EC8[3]对所有的结构首先考虑了保守的结构超强系数1.5，然后又通过超静定系数αu/α1进一步考虑了不同结构由于超静定程度差异引起的结构超强的差异；新西兰荷载标准NZS[4]中的结构性能系数SP相当于结构超强系数的倒数，取值等于0.67，相当于统一考虑了1.5的结构超强系数.各国规范规定的结构超强系数最低限值主要是依靠工程经验确定的，之间有较大差别，但总体来说，对于低延性的结构规定的限值要高于高延性结构.国外很多学者采用数值模拟方法对各类结构体系的超强系数展开了系统深入地研究[5-6]，并给出了结构整体超强系数的建议取值.中国GB50011-2010《建筑抗震设计规范》尚未对结构的超强性能作明确的考虑，CECS160-2004《建筑工程抗震性态设计通则（试用）》[7]虽然给出了25类结构体系的结构影响系数和位移放大系数的建议值，但是并没有对结构超强系数的规定，只是在条文说明中介绍了结构超强的概念.中国学者[8-9]对钢结构和钢筋混凝土框架结构的超强能力进行了分析，建议抗震规范应该考虑结构整体超强的影响.总体来说，结构超强系数的大小随着结构类型、设防分区、设计延性等级和结构高度（或结构周期）等的变化表现出较大的离散性，而且分析结果还和采用的分析方法以及采用的结构失效判别准则等有关，结构超强的量化难度比较大.为了在结构抗震设计过程中更合理地考虑结构超强的影响，并考虑动力效应对结构整体超强系数的影响，还需要做进一步系统深入地研究工作.严格按GB50011-2010《建筑抗震设计规范》，考虑不同设防烈度，不同层数设计17个典型RC框架结构，采用OpenSees进行有限元建模与分析，并采用结构拟静力试验数据对有限元模型进行验证.采用非线性动力方法，对所设计典型结构的地震反应进行分析，得到按现行抗震规范所设计结构的整体超强系数能力值的取值及其变化规律.1结构整体超强系数能力定义结构整体超强系数示意图如图1所示.结构整体超强系数定义为：结构整体的超强于以下因素：材料自身的超强、抗力分项系数、规范的构造措施、非结构构件的参与、结构的冗余度、内力重分布的影响等等.FEMA-450的条文说明中将结构整体超强的原因归结为设计超强、材料超强和结构体系超强3个方面.本文采用结构整体超强系数作为结构抗震能力参数，根据结构达到某一破坏等级的最大反应，得到结构抗震能力所对应的整体超强系数能力值.根据中国现行抗震规范给出的结构极限变形状态[10]，将结构最大层间位移角达到0.02时得到的结构整体超强系数定义为其“临界倒塌状态”能力值.采用非线性增量动力分析方法对结构进行分析，直到结构最大层间位移角达到0.02时，画出结构动力基底剪力与结构顶层最大位移的关系曲线，得到结构的最大非线性基底剪力Vy，从而计算出结构整体超强系数能力值.2有限元建模与地震动选取2.1结构的设计与有...