河北建筑工程学院 河北省张家口市 075000
摘要：近年来，随着大量多高层建筑等大型建筑的修建，现有的抗震设计规范已无法满足现实需要。模拟真实地震响应的振动台试验是研究此类结构抗震设计的重要方法。本文主要对多层钢筋混凝土框架结构和高层框架-核心筒结构的振动台试验的抗震性能研究现状与进展进行综合概括，并在此基础上对未来此类问题的研究发展进行展望。
关键词：振动台试验；地震响应；抗震性能；隔震减震设计
引言
在全世界范围内，由于地震造成建筑物、构筑物破坏，财产损失和人员死亡的灾害一直层出不穷。在历年大地震中，地表建筑结构发生怕破坏的事例并不少见，如1976年唐山7.8级大地震几乎就毁灭了百万人口居住的工矿城市，大量房屋损坏或倒塌，造成40余万人的伤亡和接近300亿元人民币的经济损失。1995年发生在日本阪神7.2级地震，22万栋房屋倒塌或严重破坏，6000多人死亡，4万多人受伤，经济损失达到了创纪录的1000亿美元，对日本的经济产生了巨大的冲击。
随着社会的发展进步，大量高层建筑的建造与日俱增，而现行的抗震设计理念已不能满足现实需求，不能够有效地减小地震造成的损失。而振动台试验可以很好模拟地震过程和进行人工地震波加载试验，可以最直接地研究结构地震反应和破坏机理，为现行抗震设计规范准则的革新与修订提供参考。
一、多层框架结构的抗震性能研究
“强柱弱梁”的结构破坏形式通常被认为是一种理想的结构抗震破坏形式。这种理想状态希望结构在地震来临时首先在梁上出现裂缝，最终柱子上塑性铰出现的时间要晚于梁上的梁上的塑性铰。然而根据多年地震灾害的结果表明：多数损坏的结构，塑性铰出现的位置首先在柱上，大多以“强梁弱柱”的破坏形式结束，没有充分发挥延性设计的作用。
导致这种破坏的原因，主要从构件和整体结构两方面分析。
结构构件层面上，结构上部每层楼板的水平剪力、弯矩、重力等产生的附加轴力都最终由框架柱所承担，柱子受力最大，容易形成塑性铰（主要在底柱上）。同时框架梁还受到现浇楼板的等增强作用，导致梁的强度和刚度大大提高。另外由于框架梁跨度较大，所需的截面尺寸、配筋较大过大，钢筋强度高，加上填充墙等非结构构件的影响，很难形成“强柱弱梁”破坏形式。
结构整体性层面上，框架结构至少应该存在多道抗震防线，但是实际结构抗震防线单一，不足以消耗地震作用产生的能量变形。
为了解决框架结构抗震设计与实际震害出现的诸多问题，国内外学者对此进行了大量的研究，主要从以下方面入手：
其一要改变子结构或非结构构件的性能，使原型结构形成新的结构体系；其二设置减震隔震设施。
在改变子结构性能方面，郭忠贤等[1]对三层两跨空间RC框架进行边柱加强，试验结果表明：加强的边柱在地震作用下的损伤破坏在时间上延迟，各楼层的结构损伤均匀分布，梁端塑性铰与柱端塑性铰形成混合出铰机制，整体性能得到提高。Amadeo[2]等通过对结构梁和板采用钢筋网片进行加固和结构整体设置二次梁，并合理控制梁板钢筋强度、最小配筋率以及梁临界截面横向配筋间距与纵向钢筋直径的比值（），使模型形成“强柱弱梁”的延性结构。
在改变非结构构件的性能方面，Dafnis[3]等进行了灰砂砖填充墙框架平面外抗震性能振动台试验,认为填充墙与结构形成有效连接,能使填充墙产生拱效应,从而大大提高填充墙的平面外强度和抗震性能。Flanagan[4]等进行了填充墙框架的大比例模型试验,认为填充墙的极限荷载是由填充墙砌体抗压强度和厚度所控制。
许多研究还开发了新型填充墙材料。Andreas[5]等为研究改进后的填充墙对钢筋混凝土框架结构整体抗震性能的影响，分别用工程凝胶复合材料和纤维增强聚合物材料加固填充墙。试验结果表明，在强地震中，用新型材料加固填充墙可以有效提高钢筋混凝土框架结构的整体抗震性能，加固效果明显。
Paulo[6]等用钢筋加固粘土砖填充墙与框架的连接节点，并用石膏对结构表面抹灰。观察震后结构的破坏情况：钢筋混凝土柱既没有出现塑性铰，也没有开裂，填充墙有明显的轻微损伤，整体结构没有形成不良的崩塌机制，可见此种加固方法可以有效改善结构延性，承载能力也有一定提高。节点加固和石膏的使用也被作为新的填充材料而推广。
在减震隔震系统方面，张吉兆[7]等在6层混凝土框架结构顶部加上TLD减震系统并进行振动台模拟实验。测试结果表明，模型顶点的最大位移减少38.1%，同时顶点最大加速度减少44%，这说明合理安装TLD阻尼器对于框架结构减振效果明显。Mauro[8]等介绍了四种减震隔离系统(基于橡胶、钢、形状记忆合金的隔离系统和混合隔离系统)在同一钢筋混凝土框架结构上的振动台试验，结果认为即使在强烈地震作用下，设置隔震系统的建筑也能保持良好的结构性能，对填充墙基本无损伤。
二、高层框架-核心筒结构的抗震性能研究
20世纪90年代开始，我国高层建筑进入了快速发展的阶段，建筑物的高度不停增加，结构类型趋于复杂，实际建设中，很多工程很难满足规范限值要求，这给工程技术人员带来巨大挑战。针对我国现有高层建筑的结构体系主要集中于框架-核心筒结构，本文就此结构体系抗震性能研究现状与发展进行主要论述。
（一）抗震性能研究
框架-核心筒结构体系是框架剪力墙结构的一种特例,具有协同工作的特点，其中核心筒承担了绝大部分的剪力，是抗震的第一道防线,而外周的框架作为第二道防线对确保结构的整体性并承受竖向荷载也起着重要的作用。
钢框架—混凝土核心筒结构能够较好的协同工作，也体现出良好的抗震性能和延性。对于钢框架—混凝土核心筒结构整体抗震性能的研究，国内外学者做了大量表述。
龚炳年[9]等对一个比例缩尺为1:20的钢框架-混凝土核心筒结构模型进行了试验研究，试验结果表明，即便在模型加载后期，钢筋混凝土核心筒与钢框架之间仍可以保持协同工作，钢框架为钢筋混凝土芯筒提供了附加的保护。
梁博[10]等对一座12层钢框架一混凝土核心筒混合结进行了模拟地震振动台试验，研究了该结构的抗震性能。试验表明钢框架可以起到第二道抗震防线的作用，钢框架一混凝土筒体能够抵抗大震的作用而不倒塌，该结构形式具有较好的抗震性能。
现如今，一些抗震设防区域或高烈度区也出现了高层建筑结构，且此高度范围的建筑基本均未受到罕见地震的洗礼。因此，为确保此类建筑结构在地震区的安全可靠，为此类结构抗震设计提供普遍意义上的设计依据，对其抗震性能的研究尤为重要。杜文学[11]提出一种新的高层建筑体系，即：外型钢混凝土框架-内置型钢框架的钢筋混凝土核心筒混合结构体系。对该类混合结构模型进行了地震模拟振动台试验，系统分析了整体模型结构在不同类型、不同强度水平的地震动作用下楼层的动力响应，研究了不同工况下外框架与核心内筒之间的协同工作性能及整体模型结构的薄弱层位置等，并根据相似关系讨论了对应的原型结构的动力响应及其抗震性能。
杜文学等[12]针对SRC框架-型钢混凝土核心筒混合结构研究了型钢框架对结构整体的抗侧移能力和变形能力的影响，验证了此类结构由于在核心筒内放置了型钢框架使得结构具有更好的延性，整体抗震性能大大提高。而当核心筒外部开裂时，SRC框架和型钢框架将作为抗震的第二道防线，保证结构在地震中安全性。
（二）减震隔震研究
随着隔震技术的发展，隔震减震设计在高层建筑结构中的应用得到了广泛关注。高层隔震结构在振动台试验模型设计时有诸多问题值得重视，这些问题将直接影响到振动台试验结果的准确性。钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构因平面复杂或不规则等原因出现性能指标超出现行相关规范的情况时,可以采用耗能减震技术,通过设置阻尼器来耗散地震能量,从而改善结构的抗震性能。目前这一方法在结构工程中的应用方兴未艾,越来越多的结构体系采用耗能减震技术,并取得了良好的经济和社会效益。
刘璐[13]研究了四川省西昌市某酒店高层隔震结构，采用框架－核心筒结构体系及基础隔震技术，对该高层基础隔震结构进行模拟地震振动台试验。主要测量隔震层的位移及上部结构关键部位的位移和变形，确定薄弱部位；研究该隔震结构分别在９度多遇、设防、罕遇地震作用下的位移、加速度反应和破坏情况，以检验该结构是否满足不同水准的抗震要求，验证隔震结构设计，并为设计提供依据。
任凤鸣[14]在某钢管混凝土框架－核心筒高层结构中，通过应用耗能减震技术，在结构中设置了粘滞阻尼器，并进行了模拟地震振动台试验研究。试验研究表明在钢管混凝土框架－核心筒结构中设置粘滞阻尼器，能够降低了地震作用下的结构响应。罕遇地震作用下,通过设置耗能减震构件,层间位移角最大值从超过规范要求的1/84减低至满足规范要求的1/130,很大程度上改善了该混合结构的抗震性能。
陈鹏等[15]在一框架-核心筒结构支座处采用铅芯橡胶隔震支座，并在角部隔震支座加装抗拉装置进行了比例尺为1:15的模型模拟地震振动台试验。橡胶支座降低了上部结构的加速度反应，隔震层上加速度放大系数小于0.5；上部结构的层间位移减小，层间位移角满足规范层间位移角限值要求；隔震层力-位移滞回曲线较为饱满，具有良好的耗能能力。
三、结论与展望
本文基于地震响应的振动台试验对多高层常用结构体系的抗震减震性能研究现状和发展进行了较全面的论述和总结。多层建筑主要从优化结构设计，改善子结构和附加结构性能以及开发减震隔震设施来研究结构抗震性能。高层建筑主要研究如何改善混合结构节点连接性能、开发新型混合结构体系和隔震减震设计。
依据上述观点和国内外学者研究对比分析，笔者对于现存多高层建筑抗震设计提出几点问题：
（1）多层建筑结构要想尽可能实现“强柱弱梁”的抗震设计，必须考虑现浇楼板内钢筋对梁抗弯承载力的等增强作用，深入研究如何降低梁对于框架柱的相对刚度和受弯承载力。
（2）为提高钢-混凝土混合结构的整体工作性能，钢梁与钢筋混凝土墙体的节点连接是发挥着至关重要的作用，应采取可靠措施，确保在强震作用下，梁与墙之间亦有可靠连接。
（3）现阶段对于地震作用下钢框架-混凝土核心筒结构中钢框架与混凝土核心筒之间内力传播和分配规律方面、影响结构抗震性能的关键因素继续进行深入研究。
（4）国内外对高层框架-核心筒结构剪力分配问题的研究存在较大局限性，在预期罕遇地震作用下，结构的破坏首先并主要发生在核心筒当中，外框架破坏相对较轻，很多时候依然保持在弹性范围内。
参考文献
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作者简介
倪雅静（1993-9-12），女，汉，河北省张家口市，硕士研究生，单位：河北建筑工程学院，研究方向：结构工程。