基于性能的鋼筋混凝土建筑結構抗震設計方法

賈日晨 張立強

（信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司，天津 300201）

基于性能的鋼筋混凝土建筑結構抗震設計方法

賈日晨 張立強

（信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司，天津 300201）

隨著目前我國在建筑結構中對抗震設計的不斷規范，通過計算小震彈性承載力并加上抗震延性進行構造的一系列的措施從而來達到在發生小震時不會出現壞的狀況，在中震時能夠對其進行維修，在發生大的地震的情況下能夠不倒的目標，采用一系列基于性能的結構抗震方面的思想，以得到廣泛應用的設計規范為參考，與我國目前的抗震體系相結合，提出與我國規范的性能相符的抗震方法

基于性能；彈塑性分析；地震作用

我國現行的一些設計方法的內容是，抗震延性的一系列的構造與計算小震彈性承載力相互進行結合來設計。當建筑結構不能夠滿足所規范的一些適用的條件時，在進行設計的過程中需要采取更為嚴格的構造和計算，從而保證其設計能夠達到抗震設防的目標。

一、基于性能的抗震設計方法

抗震性能目標主要是指設定的地震作用下一些關于結構預期的性能水準。結構的超限程度將會對結構延性的變形能夠產生直接的影響。所以，超限復雜的一些高層建筑結構的設計應該與結構的不規則程度相互進行結合，在對延性變形能力進行提高，以及將結構的承載力進行提高的這兩者中選擇相對比較具有安全的手段。設計要提供一系列關于經濟以及技術方面的分析給業主，而業主根據建筑物的抗震設防烈度、重要性。震后的修復難度以及損失等一些方面進行綜合的考慮。在設定性能目標時的整個過程都要圍繞著建筑方案設計和結構安全兩個方面相互協調著來進行。

本文根據對抗震進行進行設計的一系列的特點方法與我國的一些抗震規范進行結合，對關于抗震結構的構造提出的性能水準共為幾種。

小震彈性：在結構中所有的構建所具有的層間位移以及抗震承載力都需要與規范要求相滿足。構建能夠與彈性的設計要求相符合，構建細部的抗震構造也需要對抗震的規范要求進行滿足。

中震彈性：在出現中級地震時不屈服，指的是不對抗震承載力的一系列的調整系數以及地震組合的內力所進行調整的系數進行考慮。在不對地震的組合內力的系數調整進行考慮的情況下，結構的構建承載力需要對中震一系列的計算彈性進行滿足。但應該采用材料分項的系以及抗載數、運用荷載作用進行分項系數，以及抗震承載力一系列的調整系數。結構構件所具有的承載力能夠滿足中震的計算的計算彈性。但應該采用符合標準的組合，對于材料的強度取值也要合乎標準。在必要時可以適當的增加阻尼比。在結構比較重要或者薄弱的地位在中震的作用下承載力允許接近屈服階段，但是可以出現剪切類的脆性破壞；構件的細部構造對于延性的要求能夠滿足。

在出現級數比較大的地震時，局部的結構部件在大震的作用下允許到達屈服的階段，但是構件應該對所選定的變形限制進行滿足；豎向構件不可以出現剪切等脆性破壞，構件的細部抗震構造能夠對高延性的要求進行滿足。

在對地震波進行調整和選取的過程中，對動力彈塑性進行選取時應該對地震的加速度時程曲線進行相應的分析，所采用的1組場地不少于2條，不少于5條的人工波及UI地震波進行實測，在對地震波進行選取時比較適合在震級、卓越周期、震源機理、震中距上能夠接近建筑結構所處的場地的條件，并且對雙向的地震波作用進行考慮。

所得出的時程曲線應該從建筑工程的場地上實際的記錄時程曲線以及在安全評估報告中所提供的模擬曲線中進行挑選。比較對比分析時程是多得出規范振型反應譜與小震下基底剪力，所得出的結果應該與規范要求相符合，也就是對單個時程分析計算所得出的基底剪力結果比反應譜法結果多出百分之六十五，對時程分析的基底剪力結果進行計算之后所得出的平均值要比反應普法進行計算所得出的結果大于百分之八十。

地震波在根據幾種方法進行相應的調整時具有一定的優先權：將這一場地的設計普當做目標普，其0.05阻尼比的目標譜與反應譜各周期點中存在的差異較大的是，在周期大于30s是不適合大于百分之十五，在周期大于30s是不適合大于百分之二十；其平均的差異不適合對于百分之十。也可以調整地震加速記錄的峰值將其調到設計的目標加速度的峰值，從而得到對時程進行分析時所設計的地震加速度的記錄。

二、結構構件性能目標的實現

下面舉例說明，對其性能目標進行確定。

位于某市的超高層建筑，總建筑面積為十三萬八千零六十三平方米，占地面積達到一萬一千零六十三平方米。其中地下面積為兩萬七千三百零九平方米，地上面積為十一萬零七百五十四平方米，。塔樓地上為兩棟商住樓分別是 48層，其中商場是1至3層，4層是轉換層，住宅是5至48層。總高度達到了156m高寬比例為5:6.

塔樓采用的是現澆混凝土部分框支剪力墻的結構，其中周圍部分剪力墻和中部核心剪力墻直接落地，在轉換層時部分剪力墻通過根梁式轉換結構將其轉換成框支柱。框支柱采用的全部都是鋼管混凝土結構，根據受力的大小將其分為兩種管徑。轉換梁采用的是普通的鋼筋混凝土梁，但是部分受力相對較大的轉換梁采用的是型鋼混凝土梁，設置鋼骨在支承型鋼梁的剪力墻上，從而實現型鋼與型鋼梁之間的剛性連接。

超限情況

在本工程中塔樓的結構為鋼筋混凝土部分框支剪力墻。其主體結構為156m超出了所規定的B級高度鋼筋混凝土部分框支剪力墻的結構，在高程建筑中所適用的最大高度為120m，在塔樓中作為結構轉換層的第4層，有部分豎向抗側力構件不連續，塔樓轉換層的抗側結構的層間受剪承載力比上一層多出百分之七十三（Y向）,百分之七十四（X向），比規范的要求允許值小百分之八十；轉換層上一層的質量要比轉換層的質量少百分之二百九十四，比規范的允許值大出百分之一百五，在質量上存在不規則；塔樓的標準層面凹進去的一側是投影方向的總尺寸的百分之三十一點三，超出允許值百分之三十。

針對本工程塔樓在水平不同的地震作用設計下提出了一系列的性能指標，這些指標代表了結構在相關抗震設計不同等級是的預期抗震性能。

基于建筑結構來進行分析計算，在設防烈度相對較強的地震作用下在進行計算時采用PKPM系列的SATWE進行相應的計算，在比較罕見的地震作用下采用PerformD軟件進行相應的計算。

根據上面所描述的結構中能夠與看出，結構與一系列的要求規范相符合，同時也能夠滿足地震作用下抗震性能的要求，轉換層層間位移角與最大層間位移角都滿足表一對抗震性能目標的設定，結構構件性能也能符合要求。同時也表明了本文所確定的性能目標是安全的、合理的。

三、結束語

本文主要是對在國際上處于領先地位的抗震思想進行引入，以國外的一些抗震設計規范為參考，與我國目前的抗震體系所具有的特點相結合，研究一套能夠在我國過程建設的過程中適用的抗震設計的方法。

[1]建質［2010］109號.超限高層建筑工程抗震設防專項審 查技術要點［S］．北京，2010.

[2]黃超，季靜，韓小雷．基于性能的既有鋼筋混凝土建筑結構抗震評估與加固技術研究［J］．地震工程與工程振動.

[3]徐培福，傅學怡，王翠坤．復雜高層建筑結構設計［M］.北京：中國建筑工業出版社.2010.

[4]徐自國，肖從真，李勇．北京當代MOMA結構基于性能的抗震設計及靜力彈塑性分析［J］.土木工程學報.

[5]韓小雷，戴金華，何偉球．廣州花園酒店“白金五星 級酒店” 結構改造基于性能的可行性研究［J］．地震工程與工程振動.

TU7

B

1007-6344（2015）09-0151-01