带耗能框架的框排架混合结构受力特性及抗震设计方法

传统框排架结构的质量和刚度分布往往不均匀,在强烈地震作用下易发生薄弱部位的损坏且震后很难修复。文中对该类结构进行改进提出一种带耗能框架的框排架混合结构体系,以实现地震作用下的构件集中耗能及震后耗能构件可更换。阐述了所提结构体系的组成、工作机理和预期破坏模式。利用SAP2000对11榀框排架混合结构进行非线性静力分析,研究可更换梁的破坏模式、是否层间布置和耗能框架位置等参数对框排架混合结构受力特性的影响,而后对结构的耗能能力进行了分析。结果表明：该框排架混合结构能够实现预期的破坏模式和受力状态,“剪切型”可更换梁承载力和刚度更高且利于更换,耗能框架层间布置可更换梁并提高整体结构的承载力,不同位置布置耗能框架对整体结构的承载力和刚度影响不大,可更换梁选用“剪切型”、窄翼缘,结构的耗能能力较好。对框排架混合结构进一步进行动力时程分析和非线性静力分析,提出了基于性能的两阶段抗震设计方法。弹性阶段以耗能框架和框排架的弹性刚度比（K_DF/K_MF）以及可更换梁和框架梁的屈服位移容差（Δ₂/Δ₁）作为抗震设计的控制参数,弹塑性阶段以结构中塑性铰的分布和不同性能水准下框排架混合结构的层间位移角限值为控制指标。通过计算分析,给出了弹性刚度比、屈服位移容差和层间位移角限值的取值范围。算例分析表明：当耗能框架的剪力占比为25%～45%,弹性刚度比为0.4～0.9,屈服位移容差不小于1.3时,结构具有较好的可更换性,所提出的基于性能的两阶段抗震设计方法是可行的。