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摘要：当前，业内在对钢筋混凝土单层框架动力稳定性判据的问题研究方面还比较少，仍然处于起步阶段。在此情况下，如何判定钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌时刻已经显得越来越重要。为此，建立起稳定性的判别准则，有助于地震作用下单层框架动力稳定性的判断。本文中，笔者首先阐述了钢筋混凝土框架结构，然后分析了单层框架结构的模型建立，最后在前文的基础上详细探讨了单层框架动力的稳定性，从而形成了对单层框架动力稳定性的更好判断，希望能够为相关内容的研究起到一定的参考依据。
关键词：建筑物；单层框架结构；动力稳定性；判据
引言
随着社会经济的快速发展，建筑行业也取得了非常瞩目的成绩，钢筋混凝土结构的建筑物拔地而起，各种类型的钢筋混凝土建筑物已经吸引了越来越多人的注意力。对于钢筋混凝土建筑物的设计而言，在其设计时应当考虑到防震这一因素。在钢筋混凝土结构的建筑物中，防震的关键在于建筑物的稳定性。单层框架动力稳定性的如何，直接关系到地震发生时其是否倒塌。对于设计人员而言，必须要建立起稳定性的判别准则，提出防倒塌设计的理论。通过稳定性判别准则的建立，能够为单层框架结构的建筑物防地震侵袭带来很大的参考价值。
1、钢筋混凝土框架结构的相关阐述
1.1基本概念
何为钢筋混凝土框架结构？所谓钢筋混凝土框架结构指的是由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等构件所组成的结构。钢筋混凝土框架结构中，墙体不承重，内墙和外墙起到的作用是分隔和围护[1]。钢筋混凝土框架结构有着自身的优点，同时也有着一定的缺点。优点之处：（1）空间开阔，提升建筑平面布置的灵活性，使得门窗的设置有更多地選择。（2）实用性广，可以适用于各种类型的建筑物种，特别是一些刚度要求高、体型规范要求高的公共建筑。其缺点主要表现以下几个方面：（1）抗侧刚度比较小，一旦水平荷载作用过大，将会导致结构变形。（2）结构的高度受到限制，容易受到地震的破坏性影响。
1.2主要类型
结合当前钢筋混凝土结构施工的实际情况，可以将该结构类型进行细分，主要分为整体式、装配式和装配整体式。整体式框架常被称为全现浇框架，该类型框架的最大好处从起名字也不难看出，整体性比较好，有利于抗震，不足之处在于需要耗费相当大的工程量，并且施工周期也比较常[2]。装配式框架的构建全部为预制，在施工现场吊装和连接，优点是节省模板，工期较短，缺点是整体性有待提升。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装之后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成一个整体。优点有钢材用量少、整体性介于整体式和装配式之间，缺点是施工起来复杂性比较高，施工的难度比较大。
2、结构的动力稳定性
2.1结构的失稳特性
首先，分支点失稳。如果平衡出现尖点，则结构有极大的可能会在该点处失去稳定性，呈现出变形模态，这种失稳被称之为分支点失稳，也可以称为分支点屈曲。其次，极值点失稳。如果平衡路径光滑连续，但出现一个极值点，则结构很有可能在该点处失去稳定性，这种失稳常被业内称之为极值点失稳或者极值点屈曲[3]。
2.2结构稳定性判据研究
对于结构动力稳定性的判别准则，业内提出了很多关于判别的准则和方法。（1）Movchan-Lyapunov法。该方法建立在离散力学系统稳定性的基础上，是研究结构动力稳定性的严格方法，其缺点在于不能给出统一的法则来构造Movchan-Lyapunov泛涵[4]。（2）B-R准则。该准则认为，如果所加荷载的微小量可以导致结构响应的巨大变化，则所对应的荷载便是动力稳定的临界荷载。（3）Simitses势能准则。该准则认为临界失稳条件和系统的总势能直接相关，将系统动力稳定临界状态与结构的总势能相联系，确定为动力临界上的上、下界。（4）王仁能量准则。该准则的基本思想是：在一定的冲击荷载作用下，若对于它所处基本运动的任何一个几何可能偏离，都必将使系统在此偏离过程中所吸收的能量大于荷载所做的功力，则它的基本运动是稳定的，或者说对任何导致屈曲的相对于前屈曲运动的任何偏离，都将违背能量关系，屈曲则不会发生。
3、单层框架结构模型的建立
在对钢筋混凝土单层框架结构动力稳定性进行研究时，要想获取到理想的研究效果，必须要建立起单层框架结构模型。在实际的建立过程中，要将三维实体框架进行简化，简化成平面框架，以此让横梁的刚度变得无穷大。根据轴压比的不同以及长细比的不同，设计出12种柱截面为方形或者是工字型的单层框架。借助平面单元来对横梁及框架柱进行模拟，通过集中质量法的使用来反映结构分布的情况，以此实现更加有效的研究。
4、单层框架结构动力稳定性的分析
考虑到地震对于钢筋混凝土结构建筑物有着很强的破坏力，而建筑物结构在设计时应当注重对其质量与安全因素的考虑。单层框架结构的动力稳定性直接关系到结构的抗震性能，因而针对其动力稳定性的研究具有十分重要的意义。
4.1分析的前提与基础
本文中，笔者为了更好地进行研究，选取了3条天然地震波，一个是EL Centro波，另一个是Northridge波，还有一个是Taft波。分析研究的过程中，需要使用到Nonlin软件、Ansys软件，利用这两种软件对两类框架在3种类型地震作用下进行了时程响应动力稳定性分析。得到了框架结构稳定与不稳定时的相平面曲线、滞回曲线以及能量时程曲线。从而提出判断单层框架动力稳定性的判据。
4.2时域稳定的判据
地震发生时，单层框架结构一般都会受到地震作用或者其引发的外力影响，而发生不同程度的变动。这种变动存在一定的规律：结构的瞬态响应，即位移与时间的关系中，随着时间的逐渐向后推移，瞬态响应会变得越来越多，直至消失或者持续不断。如果处于此种状态的时候，可以判断出单层框架结构动力体系是稳定的。与之相反，如果单层框架结构的瞬态响应，随着时间的不断推移，在某一刻突然变大，并且呈现逐步发散的趋势，则说明单层框架结构动力体系处于不稳定状态。在刘迎春等[5]研究中，针对单层框架结构动力稳定性判据的研究中，关于时域稳定判据这一方面，进行了数据模拟。从瞬态响应零秒开始，稳定时的单层框架结构动力体系一直保持持续不断的趋势，而不稳定状态下的单层框架结构动力体系则在第六秒左右的时候，瞬态响应突然增大，并呈现直线增长的趋势。 4.3相平面轨迹稳定判据
对于相平面估计的稳定判据，可以这样进行详细的分析。地震发生之后，形成地震作用力，受到地震作用力及其引发的其它作用力的影响，单层框架结构相平面上的相轨迹状态会发生一定的变化，这种变化主要表现为以下两个方面。一方面，如果框架结构在地震作用下，相平面的相轨迹的状态点在数个相轨迹环中做顺时针运动，但不存在相反的运动状态，则可以判定此时单层框架结构的动力是稳定的。另一方面，如果在地震作用的影响下，相平面上的相轨迹的状态点在数个相轨迹环中突然脱离顺时针的环形运动方向，并且还产生“拐点”，然后逐渐扩散，则说明此时单层框架结构动力稳定性不足。
4.4能量稳定判据
单层框架结构的建筑物，在其设计的过程中，除了上述提及到的时域稳定的判据、相平面轨迹稳定判据之外，还应当考虑到能量稳定判据。其实，对于能量稳定判据的研究比较多，比较具有代表性是当属刘迎春等研究，在其研究中，提出了单层框架结构能量稳定的判据：受到地震作用的影响后，随着时间的增加，滞回耗能以及阻尼耗能和动能都会出现一定程度的递增，这种递增有一定的规律可循，并且此时结构动力是稳定的；相反，如果在时间不断推移的基础上，在某一时刻滞回耗能突然呈下降，单层框架结构本身的动能结构突然增加，则以前的递增规律将会全部被打破，此时的能量耗散会显得非常混乱，这时的结构体系将会处于不稳定的状态。
5、结语
总而言之，钢筋混凝土结构已经成为了当前建筑物结构设计的主流之一，对建筑行业的发展起到了巨大的促进作用。钢筋混凝土结构的特点之一便是高度不高，单层框架结构比较常见。由于单层框架结构的建筑物在其设计时需要考虑到地震因素，因此对框架结构动力体系稳定性的判据研究非常有必要。本文通过对柱截面为方形和工字形的單层框架在不同地震作用下的大规模的动力稳定性分析，对单层框架结构失稳时的特性有了更加详细地了解，提出判定框架失稳的三类判据，可作为进一步研究框架动力稳定性的参考，并为框架防倒塌设计提供可参考的依据。
参考文献：
[1]刘兰花，吴胜达，吴雪萍.单层单跨钢筋混凝土框架结构的超强分析[J].山西建筑，2007，33（31）：71-72.
[2]王浩，李易，陆新征，等.单层钢筋混凝土框架结构水平向连续倒塌试验研究[J].建筑结构学报，2016，37（10）：65-72.
[3]王卫华，陶忠.钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构温度场试验研究[J].工业建筑，2009，39（4）：18-21.
[4]王晓峰，秦荣，刘光焰.竖向恒载对框架结构动力稳定性影响研究[J].广西科技大学学报，2010，21（2）：77-80.
[5]刘迎春，张文福，计静.单层框架的动力稳定性判据[J].油气田地面工程，2006，25（12）：33-33.
关键词：建筑物；单层框架结构；动力稳定性；判据
引言
随着社会经济的快速发展，建筑行业也取得了非常瞩目的成绩，钢筋混凝土结构的建筑物拔地而起，各种类型的钢筋混凝土建筑物已经吸引了越来越多人的注意力。对于钢筋混凝土建筑物的设计而言，在其设计时应当考虑到防震这一因素。在钢筋混凝土结构的建筑物中，防震的关键在于建筑物的稳定性。单层框架动力稳定性的如何，直接关系到地震发生时其是否倒塌。对于设计人员而言，必须要建立起稳定性的判别准则，提出防倒塌设计的理论。通过稳定性判别准则的建立，能够为单层框架结构的建筑物防地震侵袭带来很大的参考价值。
1、钢筋混凝土框架结构的相关阐述
1.1基本概念
何为钢筋混凝土框架结构？所谓钢筋混凝土框架结构指的是由钢筋混凝土横梁、纵梁和柱等构件所组成的结构。钢筋混凝土框架结构中，墙体不承重，内墙和外墙起到的作用是分隔和围护[1]。钢筋混凝土框架结构有着自身的优点，同时也有着一定的缺点。优点之处：（1）空间开阔，提升建筑平面布置的灵活性，使得门窗的设置有更多地選择。（2）实用性广，可以适用于各种类型的建筑物种，特别是一些刚度要求高、体型规范要求高的公共建筑。其缺点主要表现以下几个方面：（1）抗侧刚度比较小，一旦水平荷载作用过大，将会导致结构变形。（2）结构的高度受到限制，容易受到地震的破坏性影响。
1.2主要类型
结合当前钢筋混凝土结构施工的实际情况，可以将该结构类型进行细分，主要分为整体式、装配式和装配整体式。整体式框架常被称为全现浇框架，该类型框架的最大好处从起名字也不难看出，整体性比较好，有利于抗震，不足之处在于需要耗费相当大的工程量，并且施工周期也比较常[2]。装配式框架的构建全部为预制，在施工现场吊装和连接，优点是节省模板，工期较短，缺点是整体性有待提升。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装之后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成一个整体。优点有钢材用量少、整体性介于整体式和装配式之间，缺点是施工起来复杂性比较高，施工的难度比较大。
2、结构的动力稳定性
2.1结构的失稳特性
首先，分支点失稳。如果平衡出现尖点，则结构有极大的可能会在该点处失去稳定性，呈现出变形模态，这种失稳被称之为分支点失稳，也可以称为分支点屈曲。其次，极值点失稳。如果平衡路径光滑连续，但出现一个极值点，则结构很有可能在该点处失去稳定性，这种失稳常被业内称之为极值点失稳或者极值点屈曲[3]。
2.2结构稳定性判据研究
对于结构动力稳定性的判别准则，业内提出了很多关于判别的准则和方法。（1）Movchan-Lyapunov法。该方法建立在离散力学系统稳定性的基础上，是研究结构动力稳定性的严格方法，其缺点在于不能给出统一的法则来构造Movchan-Lyapunov泛涵[4]。（2）B-R准则。该准则认为，如果所加荷载的微小量可以导致结构响应的巨大变化，则所对应的荷载便是动力稳定的临界荷载。（3）Simitses势能准则。该准则认为临界失稳条件和系统的总势能直接相关，将系统动力稳定临界状态与结构的总势能相联系，确定为动力临界上的上、下界。（4）王仁能量准则。该准则的基本思想是：在一定的冲击荷载作用下，若对于它所处基本运动的任何一个几何可能偏离，都必将使系统在此偏离过程中所吸收的能量大于荷载所做的功力，则它的基本运动是稳定的，或者说对任何导致屈曲的相对于前屈曲运动的任何偏离，都将违背能量关系，屈曲则不会发生。
3、单层框架结构模型的建立
在对钢筋混凝土单层框架结构动力稳定性进行研究时，要想获取到理想的研究效果，必须要建立起单层框架结构模型。在实际的建立过程中，要将三维实体框架进行简化，简化成平面框架，以此让横梁的刚度变得无穷大。根据轴压比的不同以及长细比的不同，设计出12种柱截面为方形或者是工字型的单层框架。借助平面单元来对横梁及框架柱进行模拟，通过集中质量法的使用来反映结构分布的情况，以此实现更加有效的研究。
4、单层框架结构动力稳定性的分析
考虑到地震对于钢筋混凝土结构建筑物有着很强的破坏力，而建筑物结构在设计时应当注重对其质量与安全因素的考虑。单层框架结构的动力稳定性直接关系到结构的抗震性能，因而针对其动力稳定性的研究具有十分重要的意义。
4.1分析的前提与基础
本文中，笔者为了更好地进行研究，选取了3条天然地震波，一个是EL Centro波，另一个是Northridge波，还有一个是Taft波。分析研究的过程中，需要使用到Nonlin软件、Ansys软件，利用这两种软件对两类框架在3种类型地震作用下进行了时程响应动力稳定性分析。得到了框架结构稳定与不稳定时的相平面曲线、滞回曲线以及能量时程曲线。从而提出判断单层框架动力稳定性的判据。
4.2时域稳定的判据
地震发生时，单层框架结构一般都会受到地震作用或者其引发的外力影响，而发生不同程度的变动。这种变动存在一定的规律：结构的瞬态响应，即位移与时间的关系中，随着时间的逐渐向后推移，瞬态响应会变得越来越多，直至消失或者持续不断。如果处于此种状态的时候，可以判断出单层框架结构动力体系是稳定的。与之相反，如果单层框架结构的瞬态响应，随着时间的不断推移，在某一刻突然变大，并且呈现逐步发散的趋势，则说明单层框架结构动力体系处于不稳定状态。在刘迎春等[5]研究中，针对单层框架结构动力稳定性判据的研究中，关于时域稳定判据这一方面，进行了数据模拟。从瞬态响应零秒开始，稳定时的单层框架结构动力体系一直保持持续不断的趋势，而不稳定状态下的单层框架结构动力体系则在第六秒左右的时候，瞬态响应突然增大，并呈现直线增长的趋势。 4.3相平面轨迹稳定判据
对于相平面估计的稳定判据，可以这样进行详细的分析。地震发生之后，形成地震作用力，受到地震作用力及其引发的其它作用力的影响，单层框架结构相平面上的相轨迹状态会发生一定的变化，这种变化主要表现为以下两个方面。一方面，如果框架结构在地震作用下，相平面的相轨迹的状态点在数个相轨迹环中做顺时针运动，但不存在相反的运动状态，则可以判定此时单层框架结构的动力是稳定的。另一方面，如果在地震作用的影响下，相平面上的相轨迹的状态点在数个相轨迹环中突然脱离顺时针的环形运动方向，并且还产生“拐点”，然后逐渐扩散，则说明此时单层框架结构动力稳定性不足。
4.4能量稳定判据
单层框架结构的建筑物，在其设计的过程中，除了上述提及到的时域稳定的判据、相平面轨迹稳定判据之外，还应当考虑到能量稳定判据。其实，对于能量稳定判据的研究比较多，比较具有代表性是当属刘迎春等研究，在其研究中，提出了单层框架结构能量稳定的判据：受到地震作用的影响后，随着时间的增加，滞回耗能以及阻尼耗能和动能都会出现一定程度的递增，这种递增有一定的规律可循，并且此时结构动力是稳定的；相反，如果在时间不断推移的基础上，在某一时刻滞回耗能突然呈下降，单层框架结构本身的动能结构突然增加，则以前的递增规律将会全部被打破，此时的能量耗散会显得非常混乱，这时的结构体系将会处于不稳定的状态。
5、结语
总而言之，钢筋混凝土结构已经成为了当前建筑物结构设计的主流之一，对建筑行业的发展起到了巨大的促进作用。钢筋混凝土结构的特点之一便是高度不高，单层框架结构比较常见。由于单层框架结构的建筑物在其设计时需要考虑到地震因素，因此对框架结构动力体系稳定性的判据研究非常有必要。本文通过对柱截面为方形和工字形的單层框架在不同地震作用下的大规模的动力稳定性分析，对单层框架结构失稳时的特性有了更加详细地了解，提出判定框架失稳的三类判据，可作为进一步研究框架动力稳定性的参考，并为框架防倒塌设计提供可参考的依据。
参考文献：
[1]刘兰花，吴胜达，吴雪萍.单层单跨钢筋混凝土框架结构的超强分析[J].山西建筑，2007，33（31）：71-72.
[2]王浩，李易，陆新征，等.单层钢筋混凝土框架结构水平向连续倒塌试验研究[J].建筑结构学报，2016，37（10）：65-72.
[3]王卫华，陶忠.钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框架结构温度场试验研究[J].工业建筑，2009，39（4）：18-21.
[4]王晓峰，秦荣，刘光焰.竖向恒载对框架结构动力稳定性影响研究[J].广西科技大学学报，2010，21（2）：77-80.
[5]刘迎春，张文福，计静.单层框架的动力稳定性判据[J].油气田地面工程，2006，25（12）：33-33.