抗震性能化設(shè)計之淺見

馬俊祥

（南通中房建筑設(shè)計研究院有限公司，江蘇南通　226001）

抗震性能化設(shè)計之淺見

馬俊祥

（南通中房建筑設(shè)計研究院有限公司，江蘇南通226001）

隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，復(fù)雜結(jié)構(gòu)、不規(guī)則結(jié)構(gòu)及超限高層不斷出現(xiàn)，此類建筑中重要部位及關(guān)鍵構(gòu)件的抗震性能將直接影響到整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，如何保證其抗震性能？抗震性能化設(shè)計成為解決它的重要辦法。本文從抗震性能化設(shè)計概念入手，著重介紹了抗震性能化設(shè)計的基本思路和主要過程，給結(jié)構(gòu)設(shè)計師提供相關(guān)思路。

結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計

近年來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對建筑功能及體型的多樣性要求也不斷提高，各類超高層建筑、平面及立面非常復(fù)雜的非常規(guī)建筑不斷出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計成為結(jié)構(gòu)工程師們解決此類工程中各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的一種行之有效的方法。

1　結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計的涵義

抗震性能化設(shè)計就是根據(jù)工程的具體情況確定合理的抗震性能目標(biāo)，再采取恰當(dāng)?shù)挠嬎愫拖鄳?yīng)的抗震措施使目標(biāo)要求得以實(shí)現(xiàn)的過程。

抗震性能化設(shè)計是解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題的重要方法，常用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)及超限工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，它著重于通過現(xiàn)有手段（包括計算措施和構(gòu)造措施等），采用包絡(luò)設(shè)計的方法去解決工程設(shè)計中的復(fù)雜技術(shù)問題，是抗震概念設(shè)計的集中體現(xiàn)。

2　結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計的必要性

震害表明，由于城市的發(fā)展和人口密度的增加、城市設(shè)施的日趨復(fù)雜、生活節(jié)奏的日益加快，造成地震引起的經(jīng)濟(jì)損失急劇增加，因此，原本以保障生命安全為抗震設(shè)防唯一目標(biāo)的單一設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)顯然已經(jīng)不夠全面，為了控制建筑物及相關(guān)設(shè)施在地震中的破壞程度，保證震時及震后人們正常的生產(chǎn)、生活功能，減少地震對社會經(jīng)濟(jì)生活所帶來的危害及影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計師有必要采取高于（至少不低于）基本抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的性能化設(shè)計以達(dá)到相應(yīng)要求。

3　結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計的基本思路

抗震性能化設(shè)計是以現(xiàn)有的科學(xué)水平和建筑條件為前提的，需要綜合考慮建筑使用功能、抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)的類型和不規(guī)則程度、結(jié)構(gòu)發(fā)揮延性變形的能力、建筑工程造價、震后的各種損失及修復(fù)難易程度等因素。面對具體工程的需要和要求，既可以針對整個結(jié)構(gòu)體系，也可以針對其中某些重要部位或關(guān)鍵構(gòu)件，靈活運(yùn)用各種結(jié)構(gòu)措施以達(dá)到預(yù)期的性能目標(biāo)。

提高結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的抗震承載能力或變形能力，是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的有效途徑，但提高抗震承載能力是建立在對地震作用的準(zhǔn)確判斷的基礎(chǔ)上的，而限于目前對地震研究的現(xiàn)狀，應(yīng)以主要提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形能力并同時輔以提高抗震承載能力作為抗震性能設(shè)計的首選。

4　結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計的主要過程

4.1分析結(jié)構(gòu)方案

首先應(yīng)分析結(jié)構(gòu)方案的特殊性（如結(jié)構(gòu)高度，結(jié)構(gòu)類型及規(guī)則性，結(jié)構(gòu)場地條件及抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等），確定是否需要采取結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計。震害經(jīng)驗(yàn)告訴我們，抗震概念設(shè)計是決定結(jié)構(gòu)抗震性能的最重要因素之一，因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案特殊性分析時尤其要注意其不符合抗震概念設(shè)計的情況及違反程度。結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)根據(jù)有關(guān)規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定，與建筑師協(xié)商并改進(jìn)結(jié)構(gòu)方案，以達(dá)到盡量減少結(jié)構(gòu)方案違反抗震概念設(shè)計的情況及程度的目的，為選用結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)提供重要依據(jù)。

4.2選擇抗震性能目標(biāo)

結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)分為A、B、C、D四級，結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)分為5個（1、2、3、4、5），地震地面運(yùn)動分為三個水準(zhǔn)，即多遇地震（小震）、設(shè)防烈度地震（中震）和預(yù)估的罕遇地震（大震）。在設(shè)定的地震地面運(yùn)動下，與四級抗震性能目標(biāo)對應(yīng)的結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)的判別準(zhǔn)則可以參考表1及表2。由于房屋的重要性程度及建筑使用功能不同，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)部位及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)防目標(biāo)也不完全相同，應(yīng)根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的抗震措施。

4.3計算分析并提出相應(yīng)的抗震加強(qiáng)措施

在選定抗震性能目標(biāo)后，就應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的計算分析，并提出相應(yīng)的抗震加強(qiáng)措施。其重點(diǎn)在于：首先，需要進(jìn)行深入的彈性和彈塑性計算分析（包括靜力分析、時程分析、多模型及多程序的比較計算分析等），應(yīng)注意對復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行必要的補(bǔ)充計算分析（如對關(guān)鍵、復(fù)雜部位及構(gòu)件采取包絡(luò)設(shè)計計算）。其中尤應(yīng)注意，現(xiàn)有計算分析軟件的計算模型以及恢復(fù)力模型、結(jié)構(gòu)阻尼、材料的本構(gòu)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破損程度的衡量、有限元的劃分等均存在較多的人為與經(jīng)驗(yàn)因素，因此進(jìn)行彈塑性分析計算必須先要了解所選分析軟件的適用性，選用適合于所設(shè)計工程的軟件才是根本。其次，判斷計算結(jié)果的正確性與合理性。從本質(zhì)上講，彈塑性計算分析屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計的補(bǔ)充和驗(yàn)證方法，彈塑性分析的根本目的在于比較其與彈性分析結(jié)果的異同，尋找兩者規(guī)律性的差異，所以關(guān)注的重點(diǎn)應(yīng)是找出彈塑性計算分析的規(guī)律性而不是糾結(jié)于某個具體的數(shù)值。最后，再根據(jù)計算分析的結(jié)果找出結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)的薄弱部位以及需要加強(qiáng)的關(guān)鍵部位，有針對性的采取相應(yīng)的抗震加強(qiáng)措施。

5　結(jié)語

結(jié)構(gòu)抗震性能化設(shè)計仍存在一些有待研究和解決的地方，尤其是地震作用大小的不確定性以及計算模型和參數(shù)的準(zhǔn)確性等問題，可以相信隨著工程的不斷應(yīng)用和研究工作的深入，將會使它變得更加成熟與完善。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

［3］徐培福，等編著.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計［M］.徐培福等編著北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

［4］朱炳寅，編著.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計問答及分析》第二版［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.