基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

黃清源

（江門市建筑設(shè)計(jì)工程有限公司　廣東江門　529000）

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是建筑工程的安全設(shè)計(jì)，只有強(qiáng)化建筑工程設(shè)計(jì)，提高其抗震性能才能確保建筑工程的安全，也才能確保建筑工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量，從鋼筋混凝土性質(zhì)角度出發(fā)來深入剖析建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法。

1　基于性能的鋼筋混凝土抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)

建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)首先應(yīng)該形成一個明確的目標(biāo)，也就是建筑結(jié)構(gòu)預(yù)期的抗震水平，對于鋼筋混凝土建筑最基礎(chǔ)是結(jié)構(gòu)有著良好的屈伸、延展與變形、彈性能力，要精準(zhǔn)地測算出超限度，對此則要集中于建筑物的功能、性能、重要性、抗震烈度等來全方位分析，根據(jù)目前的鋼混建筑結(jié)構(gòu)抗震的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程，具體包括以下標(biāo)準(zhǔn)。

1.1　小震彈性

要求建筑結(jié)構(gòu)層間位移、局部部件以及細(xì)微之處等都達(dá)到要求的抗震標(biāo)準(zhǔn)。

1.2　中震彈性

建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力達(dá)標(biāo)，具體就是當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，在不考慮組合內(nèi)力狀態(tài)下進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整依然合格。但是，其他系數(shù)，例如：材料分項(xiàng)系數(shù)等可以調(diào)節(jié)。

1.3　中震不屈服

遇到中等地震時，建筑工程的一些相對敏感、脆弱的環(huán)節(jié)承載力趨向于屈服狀態(tài)，然而，其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等依然達(dá)到延展性標(biāo)準(zhǔn)，無局部脆裂受損。

1.4　大震不屈服

遇到高等級地震時，建筑的一些局部敏感、脆弱部位的承載力臨近屈服，然而，其構(gòu)造卻達(dá)到延性指標(biāo)，不存在脆弱受損問題。

1.5　層間位移性能目標(biāo)

建筑物結(jié)構(gòu)的性能水平一般包括四個階段：①充分運(yùn)行階段（OP階段）；②基本運(yùn)行階段（IO階段）；③生命安全階段（LS階段）；④瀕臨倒塌階段（CP階段）。其中OP階段就是地震中以及地震之后，建筑物的相關(guān)功能與局部等依然保持其原有功能，無論是結(jié)構(gòu)還是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件等僅有少許受損，建筑物結(jié)構(gòu)沒有任何變化；IO階段，建筑物自身的結(jié)構(gòu)、功能等保持穩(wěn)定，建筑物的構(gòu)件、其中的物品等都保持完好，或者局部受到破壞，但可以被修復(fù)。LS階段則是指建筑物的基本結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)性功能等遭到破壞，而且不能被修復(fù)回歸原狀。CP階段則指的是建筑物受到地震的嚴(yán)重破壞，發(fā)生了結(jié)構(gòu)受損、坍塌，已經(jīng)無法恢復(fù)原狀。以下表1為鋼混建筑結(jié)構(gòu)層間位移性能目標(biāo)分布。

表1　鋼混建筑結(jié)構(gòu)層間位移性能目標(biāo)分布表

如果當(dāng)前的建筑物結(jié)構(gòu)達(dá)不到層間位移性能，然而，各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到自身性能，則沒有必要來抗震加固處理，相反，建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到了層間位移性能目標(biāo)，單層大概90%的梁體、抗震墻抗彎度達(dá)到構(gòu)件功能，大概95%以上的梁柱節(jié)點(diǎn)、抗震墻剪性等達(dá)到規(guī)定目標(biāo)，則建筑物達(dá)到了一定的抗震能力。

2　基于鋼筋混凝土性能的混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

2.1　設(shè)置高安全系數(shù)的多道抗震防線

對于地震這一復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)難，由于對地震機(jī)理的理解與認(rèn)知相對較淺，特別是強(qiáng)震發(fā)生時，由于技術(shù)有限，不能得到科學(xué)、有價值的數(shù)據(jù)、信息，也無法通過可靠模型來計(jì)算、剖析地震的強(qiáng)度、頻譜特征等與建筑結(jié)構(gòu)的關(guān)系，簡單地按普通的荷載規(guī)律可靠度的方法無法滿足抗震設(shè)計(jì)要求，與計(jì)算設(shè)計(jì)相比，概念設(shè)計(jì)則更有意義，所謂的概念設(shè)計(jì)就是參照地震災(zāi)害與建筑工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)等遵循的設(shè)計(jì)原則，其中具體包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、總體布局、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，簡單說就是本著趨利避害的思路來科學(xué)選擇安全場地、回避危險區(qū)，并進(jìn)行地基設(shè)計(jì)，再選擇安全的抗震結(jié)構(gòu)，具體體現(xiàn)為：建筑物形狀規(guī)則、結(jié)構(gòu)對稱、設(shè)計(jì)抗震縫等，由此來形成多級抗震防線，而且要妥善、牢固地連接各個結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而且要預(yù)防非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的震害。通過設(shè)計(jì)若干條抗震防線，首道防線抗側(cè)力構(gòu)件失去作用時，隨之的第2、3道防線則能有效抵抗地震危害，最常見的多防線結(jié)構(gòu)為：框架+剪力墻結(jié)構(gòu)，其中首道防線為：剪力墻結(jié)構(gòu)，也就是說當(dāng)剪力墻坍塌或開裂后，則需要框架承擔(dān)其所帶來的地震剪力。

2.2　基于性能的抗震設(shè)計(jì)

基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要有目標(biāo)、有步驟，首先應(yīng)明確當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，建筑物結(jié)構(gòu)預(yù)期的性能，對于存在超限問題的建筑物則要根據(jù)其具體的結(jié)構(gòu)形態(tài)、不規(guī)則度等來采取安全對策，從而來確保結(jié)構(gòu)承載力、增強(qiáng)其延性變形能力等，可以嘗試分等級設(shè)置抗震目標(biāo)，例如：小震彈性、中震彈性、大震不屈服等幾個標(biāo)準(zhǔn)。以此為基礎(chǔ)來借助分析軟件、分析模型等來獲得骨架曲線。同時，要擇取兩條以上的場地人工波，5條實(shí)測地震波線，同時要在場地安全檢測記錄中來選出時程曲線，同時，對地震波加以調(diào)節(jié)，使其成為目標(biāo)譜。

2.3　以位移為基礎(chǔ)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在分析建筑物結(jié)構(gòu)位移的前提下，同所設(shè)計(jì)的建筑物承載力設(shè)計(jì)法對比，此設(shè)計(jì)方法突破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式與目標(biāo)，具體體現(xiàn)在將位移轉(zhuǎn)移至抗震設(shè)計(jì)的起始位置，將其設(shè)置為關(guān)鍵參數(shù)用于抗震設(shè)計(jì)，而且設(shè)計(jì)人員也要根據(jù)位移譜來算出特定條件下，建筑物位移的有效期，事實(shí)證明這一設(shè)計(jì)模式具有更好的可操作性。

2.4　能量法下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

能量法下的抗震設(shè)計(jì)又稱“假定法設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)人員將來自于地震的能量假設(shè)為造成建筑結(jié)構(gòu)受損與破壞的一大原因，認(rèn)為地震發(fā)生時，向建筑物中所傳輸?shù)哪芰?，建筑物自身所消耗的能量等?dǎo)致了建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)與相關(guān)設(shè)備、設(shè)施等的受損、破壞。這一設(shè)計(jì)模式的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：能夠更加準(zhǔn)確、高效地估算出地震對建筑物結(jié)構(gòu)所帶來的影響，不足之處則體現(xiàn)在：計(jì)算與操作相對復(fù)雜、其中存在較多的不確定因素。

2.5　承載能力設(shè)計(jì)法

承載能力設(shè)計(jì)法是最常見的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，通過參照反應(yīng)譜來算出底端的剪力，按照特定規(guī)則，將地震分配至建筑整體結(jié)構(gòu)中，并同普通荷載組合，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，確保建筑結(jié)構(gòu)的各個環(huán)節(jié)都可以達(dá)到理想的承受載荷的能力，再進(jìn)行變形驗(yàn)算。此承載力計(jì)算方便使用，局部細(xì)微環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)相對安全、穩(wěn)定、可靠。

3　總結(jié)

通過分析鋼筋混凝土性能來對建筑結(jié)構(gòu)實(shí)施抗震設(shè)計(jì)是未來的建筑工程防震設(shè)計(jì)的一大發(fā)展勢頭，它創(chuàng)造性地發(fā)展了傳統(tǒng)的抗震技術(shù)，從建筑工程材料與結(jié)構(gòu)出發(fā)，在剖析建筑自身材料性質(zhì)的基礎(chǔ)上來科學(xué)地進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而確保了建筑工程結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)水平。

[1]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）[S].中國建筑工業(yè)出版社，2010．[2]柳炳康，沈小璞，主編.工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[M].武漢理工大學(xué)出版社，2005.

[3]李向北.基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)抗震設(shè)計(jì)方法研究[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2016（13）：117～118.

[4]國家標(biāo)準(zhǔn)建筑抗震規(guī)范管理組，編.《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》2008年修訂統(tǒng)一培訓(xùn)教材[M].中國建筑工業(yè)出版社，2008.