基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法

作者：熊丽丽

来源：《中国房地产业》 2016年第4期

文/熊丽丽霍林郭勒市智星工程设计咨询有限责任公司内蒙古霍林郭勒029200

【摘要】随着我国社会经济的不断发展，我国现在建筑构造中的抗震设计更加规范，利用小震弹性承载力和抗震延性构造的办法进一步的完成小震无事、中震能修、大震不会出现倒塌的终极目标。但是对于不符合要求的超限工程没有构建比较明确的设计方案。以性能的构造抗震思维为基础，并且借鉴国外大量使用的抗震设计经验，融合我国抗震规范系统的实际状况，建立一套符合我国实际性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方案。针对不同情况的地震，对结构构件的承受力度和变形状况，使用弹性和弹塑性的方式进行研究。主要从结构和构件两个方面进行相关的定量把控。

【关键词】基本性能；钢筋混凝土；建筑构造

以性能为基础的抗震设计是现在各国使用比较频繁的抗震设计思想，美国，欧洲和日本的抗震设计中都有该思想的具体展现，同时也是现在国内外探索的主要问题之一，其中的内容主要有：使得抗震构造从整体目标向实际量化的多个目标进行递进，业主也就是设计人员可以选用比较科学的抗震要求；抗震设计的时候比较注重性能目标的深入研究，通过不断验证可以使用现在规范中还没有明确指出的新型构造系统，运用新的技术和新的材料；根据抗震的不同，建立防烈度，因为实际场地和建筑的不同要采用不同的性能目标和针对性的抗震方法，使得建筑物在强震的时候也不会出现比较严重的损伤。根据上面的特征，以性能为基础的抗震设计方式比较适合运用在较为复杂的超限结构设计中。

1、以性能为基础的抗震设计方案

1.1抗震性能目标的设定和选择

抗震性能目标主要是指在地震的状态下结构的预期性能状况。节诶狗的超限程度和结构的延性变形能力密切相关。所以，在构建比较复杂的超限高层建筑构造的抗震设计时，要融合不规则原则，提升结构的承受力，加强延性变形。设计时要给业主提供技术和市场经济的信息资料，而业主根据建筑物的实际价值、抗震设防烈度、震后的损失和维修等问题进行全面考虑。这些性能目标的构建都要以构造的安全和建筑方案设计的协调发展为基础。

本文主要根据性能抗震疾射的实际特征和我国抗震的相关要求，对结构构件总结出了5种性能准则：小震弹性：结构的所有构件在抗震承受力和层间位移方面都符合相关标准。构件符合弹性设计的实际要求，构件细微部分的抗震构造也符合抗震规范的实际要求。中震弹性：主要是指不以地震组合中的内力调配系数为基础，像是抗震等级四级，结构构件承受力符合中震计算弹性。但是要运用荷载作用进行系数分项、材料分项系数和抗震承载力调整系数。荷载使用标准模式，材料强度要符合标准，必要时阻尼比可以进行增大。结构薄弱环节或是关键部分在中震的效用下可以让其承受力接近于屈服层次，但是不能出现剪切等损害情况，构建的细节部位抗震构造需要符合延性需求。大震不屈服：结构的构建在大震的效用下达到屈服层次，但是构件因为受到选用的变形制约，竖向构建不能出现剪切等损害情况，构建的细节部位抗震构造要符合延性的实际需求。

1.2不同地震状态下设计计算

以性能为基础的抗震设计方案要针对地震的不同效用进行相关的计算，从而保证结构的完成和设定性能目标的实现。相关的计算过程主要和前面多提到的性能水准有关。

1.2.1小震效用下结构构件性能分析的相关公式

在小震阶层主要使用弹性反应谱分析模式。所有结构构建的承受力要根据实际的标准和要求，得出最不利的荷载组合进行设计，根据构建和结构的内部力量，调整系统和设计荷载分项系数。该过程的计算公式为：

1.2.2中震效用下结构构建性能分析的相关公式

在中震的效用下，结构构建根据弹性或不屈服进行相关性能研究。以假设为前提，使用普遍的弹性分析软件进行模拟弹塑性的弹性计算，并进行审查。性能目标设定为中震弹性结构中的关键部位和薄弱位置，中震效用计算时不以地震组合内力调整系数为依据，但是要注重荷载组合的荷载分项系数、还有材料分项系数和抗震承受力系数γRE。

1.3研究软件和分析模型

构件骨架曲线和恢复力要进行相关的试验，再利用FEMA356的模型参数进行论证。构件股价曲线的特征主要有单元线性刚度、屈服强度和屈服后的刚度特点，针对竖向构件要注重轴向荷载的因素。构件恢复力的关系要以强度、刚度的减退和滞回捏拢为依据。研究模型要考虑楼板和楼板钢筋的状况，并且对结构构件的实际情况进行展现。

1.4地震波的选用和改进

在选择动力弹塑性的时候，要对其中的地震加速度时程曲线进行研究，其中一组不能低于两条场地人工波及不能低于5条实际测地震波，选用的地震波要在卓越时间、震级、震中距、震源机理和建筑构造的实际场地相符合，还要注重双向地震波的效用。时程曲线主要是从工程场地安全评价中产生的人工虚拟曲线和实际记载时程曲线为依据。把时程分析中的小震下基底剪力结果大于反应谱法结果的65%，时程分析的基底剪力结果的平均值大于反应谱结果的80%。地震波可以首先进行有关的调整：其目标谱是场地设计谱，其中0.05阻尼比的反应谱环卫目标普时间点上存在差距，其时间不能大于三秒，并不能大于15%，时间大于三秒，就不能超过20%，均衡差值不能大于10%。还可以把选择的地震快速记录的峰值进行调整，时其符合加速度峰值，从而得到设计地震加速度记录。

2、非结构构件的论证

为了完成以结构性能为基础的抗震设计，对相关设防水准中的结构安全度和损失度进行把握，从而为社会和业主提供更多的选择空间，第一要明白各个性能级别目标是安全度和损失度把控的主要设计准则和参考数据。但是结构的抗震性能是多种因素融合起来的，是一种量度，因为性能目标不同相应的设计标准也不同，安全和损失对变形和强度之间的影响关系可能出现转变，它们还可能交替进行把控，为了完成性能目标，对安全和损失进行全盘把控，所以结构性能的抗震设计理论要进行反复的验算，验算是设计结构抗震性能符合设计准则的主要环节。所有的环节在设计之后都要进行验算，验算的内容因为设计方式和性能目标的不同而产生变化。验算主要有结构体系和非结构体系两种，针对简易的、不重要的结构物，验算可以简单点，针对复杂的，比较重要的，要进行认真验算。

现在的规范比较注重节诶狗，因为结构损失和人身安全关系紧密。但是，接受结构损失也是对变形所产生的非结构部分、内部设施功能效用的损害。随着科学技术的不断发展，人们在非结构体系中的投资增多，这些非结构部分的损害和结构物的安全和使用功能相互联系，严重的还会造成人员损害、财产损失严重，从而使得运营出现中断的情况。这些损失的不断累积还会给社会和业主造成难以挽回的损失。以结构性能为基础的抗震设计理论认为非结构系统也属于结构的一个部分，其中的抗震性能也符合目标水准的有关准则，主要表现在设计中是非结构构件抗震性能在结构验算时要符合实际设计需求。非结构构件主要是在一般的结构设计中不以承受力荷载和风、地震等侧向荷载部件为基础，像女儿墙、山墙、天线、机械附属物、设备、幕墙、内隔墙、外围墙板、栏杆等构件在地震效用中也进行了一些工作，从而使得整体节诶狗和相关受力构件刚度和传力道路出现问题，还会出现不可预料的抗震效果或是出现不能预计的部分损失，从而出现严重的损失情况。

为了解决非结构构件对人身体产生的损害或阻碍建筑主体构造的正常使用，需要和支撑构件一起对抗设计地震进行验算。针对非结构构件，可以使用强度为其判别抗震性能的依据。在理论上，非结构构件的抗震分析需要以真实的模型为依据，使用主体系的支撑构件反应，体现出相应的反应谱或楼层反应谱。

综合：

目前钢筋混凝土抗震结构已得到十分广泛的应用，其设计的关键就是抗震墙的布置，抗震墙结构的受力特点直接由抗震墙的布置决定，设计人员在符合国家规范要求的基础上，通过优化与调整设计，探索出更为经济、合理的结构设计。本文融入国外先进的性能抗震思维，并且学习国外抗震设计规范，融合我国抗震设计规范体系的实际状况和自己多年进行超限工程抗震设计的经验，找出了适合我国工程实践的钢筋混凝土建筑构造以性能抗震为基础的方式，并且在实际的工程案例中进行了相关的融入。

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