含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力分析

许成祥; 孙少雨; 刘晓强

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20231124003

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含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力分析

论文 | 更新时间：2025-07-07

- 含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力分析
- Analysis of Global Collapse Resistance in CFST Column‑steel Beam Frame Structures with Staggered Joints
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第3期页码：611-619
- 作者机构：
  
  1.武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉 430065
  2.城市更新湖北省工程研究中心，湖北武汉 430065
  3.武汉科技大学高性能工程结构研究院，湖北武汉 430065
- 作者简介：
  
  许成祥（1965—），男，教授，博士。主要从事钢管-混凝土组合结构研究。E-mail： cx_xu@sina.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51678457)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20231124003
  中图分类号： TU398
- 收稿：2023-11-24，
  
  修回：2024-02-09，
  
  纸质出版：2025-06-28
- 稿件说明：
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许成祥,孙少雨,刘晓强.含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力分析[J].防灾减灾工程学报,2025,45(03):611-619.

XU Chengxiang,SUN Shaoyu,LIU Xiaoqiang.Analysis of Global Collapse Resistance in CFST Column‑steel Beam Frame Structures with Staggered Joints[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(03):611-619.
许成祥,孙少雨,刘晓强.含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力分析[J].防灾减灾工程学报,2025,45(03):611-619. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231124003.

XU Chengxiang,SUN Shaoyu,LIU Xiaoqiang.Analysis of Global Collapse Resistance in CFST Column‑steel Beam Frame Structures with Staggered Joints[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(03):611-619. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231124003.

摘要

为了研究含错层节点钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构抗整体性倒塌能力，基于已有试验，采用OpenSees分别建立了不同错层高度钢管混凝土柱⁃钢梁框架结构数值分析模型。对模型进行20条地震动记录下的增量动力分析（IDA），得到结构倒塌阶段的易损性曲线，并利用结构抗倒塌安全储备系数评估结构的抗整体性倒塌能力。结果表明：地震动强度较低时，错层高度对结构的承载力和变形影响不大，增量动力分析曲线差异较小，地震动强度较高时，不同错层框架与普通框架的增量动力分析曲线差异十分显著，第三类错层框架和第一、二类错层框架以及普通框架相比，变形增长更快，后期退化程度更大；普通框架（KJ⁃1）、第一类错层框架（SKJ⁃1）、第二类错层框架（SKJ⁃2）和第三类错层框架（SKJ⁃3）的抗倒塌安全储备系数分别为3.53、2.75、2.2和1.8，SKJ⁃1、 SKJ⁃2和SKJ⁃3相比KJ⁃1抗倒塌安全储备系数分别降低了22.1%、 37.7%和49.0%，说明含错层节点框架结构抗整体性倒塌能力明显低于普通节点框架结构，且随着结构错层高度的增加其性能降低显著。

Abstract

To investigate the progressive collapse resistance of concrete-filled steel tubular (CFST) column-steel beam frame structures with staggered joints

numerical models

with varying staggered floor heights were developed in OpenSees based on existing experimental data. Incremental dynamic analysis (IDA) was conducted using 20 ground motion records to derive collapse fragility curves

and the structural global collapse resistance was evaluated using the safety reserve factor against collapse. Results indicated that at low ground motion intensities

the staggered joint height had minimal impact on structural bearing capacity and deformation

with slight differences in IDA curves. However

at high intensities

significant differences emerged between staggered frames and ordinary frames. The third type of staggered frame exhibited faster deformation growth and greater late-stage degradation compared to the first and second types as well as the ordinary frame. Collapse Margin Ratio (

CMR

) values for ordinary (KJ-1)

first-type staggered (SKJ-1)

second-type staggered (SKJ-2)

and third-type staggered (SKJ-3) frames were 3.53

2.75

2.2

and 1.8

respectively. SKJ-1

SKJ-2

and SKJ-3 showed 22.1%

37.7%

and 49.0% reductions in

CMR

compared to KJ-1. These findings demonstrate that staggered joint frames have significantly lower global collapse resistance than ordinary frames

with performance decreasing as staggered joint height increases.

关键词

Keywords

references

Wang J X ， Sun Y H ， Gao S ， et al . Anti-collapse mecha⁃nism and reinforcement methods of composite frame with CFST columns and infill walls ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2023 ， 208 ： 108022 .

Rong B ， Zhang Y ， Sun J ， et al . Experimental and numerical research on hysteretic behavior of CFST frame with diaphragm-through connections ［J］. Journal of Building Engineering ， 2022 ， 45 ： 103529 .

蔡新江，巩牧华，田石柱 . 异形柱组合框架结构力学性能有限元对比分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2017 ， 37 （ 6 ）： 1001 - 1007 .

Cai X J ， Gong M H ， Tian S Z . Comparative finite element analysis of mechanical properties of composite special-shaped column frame structure ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2017 ， 37 （ 6 ）： 1001 - 1007 . （in Chinese）

惠存，李永刚，李克，等 . 多灾耦合作用下钢管混凝土柱承载性能研究进展［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 2 ）： 259 - 268 .

Hui C ， Li Y G ， Li K ， et al . Investigation on the load bearing capacity of concrete filled steel tube columns under the couple of multiple disasters ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 2 ）： 259 - 268 . （in Chinese）

王志军，韩风霞 . 地震作用下考虑分布质量的错层框架错层区域剪力分析［J］. 振动与冲击， 2011 ， 30 （ 7 ）： 91 - 95 .

Wang Z J ， Han F X . Shearing force analysis of split-level region for a split-level structure with uniform mass distribution under earthquake ［J］. Vibration and Shock ， 2011 ， 30 （ 7 ）： 91 - 95 .

刘玉姣 . 钢筋混凝土框架错层节点抗震性能及其设计方法［D］. 重庆：重庆大学， 2005 .

Liu Y J . Seismic behavior and design of step joints in a reinforced concrete frame ［D］. Chongqing ： Chongqing University ， 2005 . （in Chinese）

许成祥，郭骁，樊鸿博，等 . 基于OpenSees的钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能有限元分析［J］. 科学技术与工程， 2020 ， 20 （ 11 ）： 4478 - 4484 .

Xu C X ， Guo X ， Fan H B ， et al . Finite element analysis on seismic behavior column-steel beam staggered joints of concrete-filled steel tube based on OpenSees ［J］. Science， Technology and Engineering ， 2020 ， 20 （ 11 ）： 4478 - 4484 . （in Chinese）

Kamimura T ， Ishibashi K ， Fujitsuka M . Mechanical behavior of reinforced concrete beam-column assemblage with different floor levels on both sides of column ［C］∥ The 14th World Conference on Earthquake Engineering . Beijing ： Proceedings.com ， 2008 ： 12 - 17 .

白国良，王世振，成羽 . 多类型地震动作用下高层结构的易损性分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2018 ， 38 （ 4 ）： 669 - 676 .

Bai G L ， Wang S Z ， Cheng Y . Seismic fragility analysis for high-rise structures under multi-type ground motions ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2018 ， 38 （ 4 ）： 669 - 676 . （in Chinese）

林天成，陈灯红，刘云龙，等 . 主余震作用下典型六层RC框架结构易损性分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1046 - 1056 .

Lin T C ， Chen D H ， Liu Y L ， et al . Vulnerability analysis of typical six-story RC frame structure under mainshock-aftershock ground motions ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1046 - 1056 . （in Chinese）

Ahmadi M ， Naderpour H ， Kheyroddin A ， et al . Seismic failure probability and vulnerability assessment of steel-concrete composite structures ［J］. Periodica Polytechnica Civil Engineering ， 2017 ， 61 （ 4 ）： 939 - 950 .

张淑云，李卓宇，马尤苏夫，等 . 基于IDA的方钢管混凝土框架-SPSW核心筒结构地震易损性研究［J］. 世界地震工程， 2021 ， 37 （ 1 ）： 48 - 56 .

Zhang S Y ， Li Z Y ， Mayusuf ， et al . Research on seismic vulnerability of concrete-filled rectangular tubular frame-SPSW core tube structure based on IDA method ［J］. World Earthquake Engineering ， 2021 ， 37 （ 1 ）： 48 - 56 . （in Chinese）

Liu X ， Xu C ， Peng S ， et al . Experimental study on seismic behavior of concrete filled square tubular frame with staggered beam-to-column joints ［J］. Structures ， 2021 ， 29 ： 286 - 293 .

钢管混凝土结构构造：06SG524 ［S］. 北京：中国计划出版社， 2016 .

Wang K ， Lu X F ， Yuan S F ， et al . Analysis on hysteretic behavior of composite frames with concrete-encased CFST columns ［J］. Journal of Constructional Steel Research ， 2017 ， 135 ： 176 - 186 .

赵金钢，杜斌，占玉林，等 . OpenSees中混凝土本构模型用于模拟结构滞回性能的对比［J］. 桂林理工大学学报， 2017 ， 37 （ 1 ）： 59 - 67 .

Zhao J G ， Du B ， Zhan Y L ， et al . Comparison of constitutive concrete models in OpenSees for hysteretic behavior of structures e ［J］. Journal of Guilin University of Technology ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 59 - 67 . （in Chinese）

Park R ， Kent D C ， Sampson R A . Reinforced concrete members with cyclic loading ［J］. Journal of the Structural Division ， 1972 ， 98 （ 7 ）： 1341 - 1360 .

陈建伟，边瑾靓，苏幼坡，等 . 应用OpenSEES模拟方钢管混凝土柱的抗震性能［J］. 世界地震工程， 2015 ， 31 （ 3 ）： 71 - 77 .

Chen J W ， Bian J L ， Su Y P ， et al . Application of OpenSEES on calculating lateral force-displacement hysteretic curves of concrete-filled rectangular steel tubular columns ［J］. World Earthquake Engineering ， 2015 ， 31 （ 3 ）： 71 - 77 . （in Chinese）

韩建平，杨军平 . 考虑结构构件退化特性评估大震下RC框架抗整体性倒塌能力［J］. 地震工程与工程振动， 2012 ， 32 （ 6 ）： 53 - 64 .

Han J P ， Yang J P . Investigation on global collapse resistant capacity of RC frame under severe earthquake considering deterioration characteristic of structural components ［J］. Earthquake Engineering and Engineering Vibration ， 2012 ， 32 （ 6 ）： 53 - 64 . （in Chinese）

建筑抗震设计规范： GB 50011—2010 ［S］. 北京：中国建筑工业出版社， 2010 .

Vamvatsikos D ， Cornell C A . Incremental dynamic analysis ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 2002 ， 31 （ 3 ）： 491 - 514 .

李雪红，李晔暄，吴迪，等 . 地震动强度指标与结构地震响应的相关性研究［J］. 振动与冲击， 2014 ， 33 （ 23 ）： 184 - 189 .

Li X H ， Li Y X ， Wu D ， et al . Correlation between ground motion intensity and structural seismic response ［J］. Vibration and Shock ， 2014 ， 33 （ 23 ）： 184 - 189 . （in Chinese）

Kircher C A ， Whitman R V ， Holmes W T . HAZUS earthquake loss estimation methods ［J］. Natural Hazards Review ， 2006 ， 7 （ 2 ）： 45 - 59 .

Federal Emergency Management Agency . Recommended seismic design criteria for new steel moment-frame buildings FEMA350 ［R］. Washington， DC ： Federal Emergency Management Agency ， 2000 .

ACT-63 Quantification of building seismic performance factors ［S］. Redwood City ： Applied Technoligy Council ， 2008 .

曹赫 . 钢筋混凝土错层框架结构抗震性能分析［D］. 南昌：南昌航空大学， 2019 .

Cao H . Seismic performance analysis of R .C frame structure with staggered floor［D］. Nanchang ： Nanchang Aviation University ， 2019 . （in Chinese）

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