建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)抗震的設(shè)計(jì)思路

蘇鵬彪 （中國(guó)建筑上海設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200062）

地震災(zāi)害嚴(yán)重危害著建筑建構(gòu)的穩(wěn)定性，因此在進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，提高整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性是非常重要的。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容納入到一個(gè)非常重要的地位，這樣不僅能提高建筑結(jié)構(gòu)的使用時(shí)間，還能確保建筑物的安全性和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震性設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況來(lái)確定使用不同的抗震方式，這樣才能確?？拐鹪O(shè)計(jì)工作的順利進(jìn)行。

1 工程概況

浙江嘉興的一個(gè)購(gòu)物中心作為該地塊的核心建筑，是該地塊購(gòu)物、娛樂(lè)、餐飲的重要組成部分，地上6層，建筑面積達(dá)6萬(wàn)m2，建筑物長(zhǎng)度157m，寬度80m，1層層高6.4m，2～6層層高5.7m。建筑總高度35.35m。

該項(xiàng)目的樓板有效寬度遠(yuǎn)＜50%，屬于不規(guī)則的建筑，故按性能化進(jìn)行設(shè)計(jì)。抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

結(jié)構(gòu)體系：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；

抗震等級(jí)：框架二級(jí)；

主要構(gòu)件信息：①框架柱：混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40，底層柱截面主要為 800×1200mm、800×1000mm、1000×1000mm、800×800mm的矩形柱和 1200mm、1100mm、1000mm的圓柱，在第4層出現(xiàn)柱變截面，柱子尺寸變?yōu)?00×700mm、600×600mm的矩形柱和800mm、1000mm的圓柱。②框架梁、次梁、樓板：混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，地上部分主梁尺寸主要為300×700mm，次梁尺寸主要為250×650mm。

抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 表1

2 抗震性能目標(biāo)

在進(jìn)行基于性能的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)按性能目標(biāo)D的要求，主要如下：

①在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)抗震性能達(dá)到第1水準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)完好、無(wú)損壞，一般不需修理即可繼續(xù)使用；

②在設(shè)防烈度地震作用下，結(jié)構(gòu)抗震性能達(dá)到第4水準(zhǔn)，整體結(jié)構(gòu)中度損壞，關(guān)鍵構(gòu)件輕度損壞，普通豎向構(gòu)件中度損壞，耗能構(gòu)件中度損壞、部分比較嚴(yán)重?fù)p壞，修復(fù)或加固后可繼續(xù)使用；

③在預(yù)估的罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)抗震性能達(dá)到第5水準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)比較嚴(yán)重?fù)p壞，關(guān)鍵構(gòu)件中度損壞，普通豎向構(gòu)件部分比較嚴(yán)重?fù)p壞，耗能構(gòu)件比較嚴(yán)重?fù)p壞、需排險(xiǎn)大修后才可繼續(xù)使用。

主要構(gòu)件抗震性能目標(biāo)見表2[1]。

3 計(jì)算參數(shù)的選取

①設(shè)防烈度地震、預(yù)估的罕遇地震彈性計(jì)算均不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)（即強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎調(diào)整系數(shù)），構(gòu)件組合內(nèi)力計(jì)算中不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)的組合。

主要構(gòu)件抗震性能目標(biāo) 表2

②設(shè)防烈度地震、預(yù)估的罕遇地震彈性設(shè)計(jì)采用荷載作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)，構(gòu)件承載力計(jì)算時(shí)材料強(qiáng)度采用設(shè)計(jì)值。

③設(shè)防烈度地震、預(yù)估的罕遇地震不屈服設(shè)計(jì)時(shí)荷載作用分項(xiàng)系數(shù)取1.0（組合值不變），抗震承載力調(diào)整系數(shù)取1.0，材料強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值。

④設(shè)防烈度地震和預(yù)估的罕遇地震計(jì)算的反應(yīng)譜和地震動(dòng)參數(shù)按規(guī)范取用。

4 設(shè)防烈度地震不屈服計(jì)算

如表3所示為1層中震不屈服與小震彈性框架柱配筋對(duì)比。

1層中震不屈服與小震彈性框架柱配筋對(duì)比 表3

對(duì)于結(jié)構(gòu)框架柱，要求達(dá)到受彎、抗剪不屈服。中震不屈服框架柱配筋較小震彈性的大，但均能滿足受彎、抗剪不屈服的要求，此處僅提取底層主要柱箍筋進(jìn)行對(duì)比。

5 框架柱預(yù)估罕遇地震抗剪截面計(jì)算

1層大震不屈服截面控制條件驗(yàn)算表 表4

預(yù)估罕遇地震不屈服計(jì)算，場(chǎng)地周期取0.5s，地震影響系數(shù)最大值為0.28。此處僅提取底層主要柱進(jìn)行抗剪截面復(fù)核。如表4所示為1層大震不屈服截面控制條件驗(yàn)算表。

6 靜力彈塑性分析

采用MIDAS BUILDING（2012版）程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力彈塑性分析（Push-over分析），以考察其在6度罕遇地震作用下的構(gòu)件性能，在MIDAS BUILDING中建立分析模型如圖1所示。

圖1 MIDAS BUILDING建立分析模型圖

7 Push-over分析結(jié)論

在X、Y向預(yù)估的罕遇烈度地震下，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析，結(jié)果如下：

①結(jié)構(gòu)方案完全滿足規(guī)范要求的“小震彈性、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防性能目標(biāo)；

②結(jié)構(gòu)方案同時(shí)也滿足本報(bào)告中設(shè)定的小震彈性、中震中允許部分次要水平構(gòu)件出現(xiàn)塑性、大震下允許框架梁出現(xiàn)較多塑性鉸但不出現(xiàn)危及生命安全的嚴(yán)重變形的抗震設(shè)防性能目標(biāo)；

③在性能點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地震作用下，結(jié)構(gòu)沿X向和Y向?qū)娱g位移角均滿足《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）中關(guān)于框架結(jié)構(gòu)的最大彈塑性層間位移角限值，均遠(yuǎn)＜1/50。X向最大層間位移角為1/343，出現(xiàn)在2層，Y向最大層間位移角為1/439，出現(xiàn)在 2 層[2]。

④X向大震下結(jié)構(gòu)底層剪力為小震下的3.80倍，Y向大震下結(jié)構(gòu)底層剪力為小震下的3.36倍，而彈性地震影響系數(shù)大震為小震下的7.0倍，說(shuō)明在大震下結(jié)構(gòu)構(gòu)件逐步進(jìn)入塑性，減小了地震效應(yīng)的增加[3]。

⑤框架構(gòu)件出鉸表現(xiàn)為由底向上、先梁端后柱端的發(fā)展順序。底層部分框架柱出現(xiàn)塑性鉸，狀態(tài)為B，進(jìn)入屈服的框架柱≤0.5%，但未出現(xiàn)破壞；大震下約有12%框架梁端進(jìn)入塑性，但未出現(xiàn)破壞。

經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向的大震靜力彈塑性分析可得：結(jié)構(gòu)整體和抗側(cè)力構(gòu)件的最大彈塑性變形值都小于規(guī)范規(guī)定的最大彈塑性變形值，結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的抗震性能滿足防倒塌的設(shè)計(jì)目標(biāo)；通過(guò)結(jié)構(gòu)在大震下的變形和塑性鉸出現(xiàn)位置和發(fā)展?fàn)顟B(tài)，可以確定現(xiàn)設(shè)計(jì)是安全的、抗震構(gòu)造措施是適當(dāng)?shù)模瑫r(shí)局部位置塑性鉸發(fā)展較為嚴(yán)重的構(gòu)件需要改善其延性性能和配筋等以調(diào)節(jié)其抗震變形能力，盡量將其變形控制在生命安全范圍以內(nèi)。結(jié)構(gòu)能滿足6度設(shè)防及罕遇地震作用下彈塑性分析的D級(jí)抗震性能目標(biāo)[4-5]。

8 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章通過(guò)實(shí)際案例，闡明了抗震性能化設(shè)計(jì)的過(guò)程，依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的具體標(biāo)準(zhǔn)以及原則，使抗震結(jié)構(gòu)同時(shí)具有實(shí)用性以及安全性，從而提高整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性以及使用時(shí)間，這樣能在最大程度上保證人員的生命以及財(cái)產(chǎn)安全。