基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法

王慶輝

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，抗震設(shè)計(jì)在我國建筑結(jié)構(gòu)中不斷得到規(guī)范，基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法是建筑設(shè)計(jì)者使用效率最高的一種設(shè)計(jì)形式。文章通過對(duì)我國現(xiàn)階段抗震設(shè)計(jì)的基本情況進(jìn)行分析，提出基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)與我國規(guī)范性能相契合的抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，以期進(jìn)一步推動(dòng)我國建筑事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法是我國采取率最高的抗震設(shè)計(jì)思路，在應(yīng)用于實(shí)際建筑工程時(shí)，對(duì)制定結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)、選用參數(shù)方面仍存在一定問題。通過對(duì)其進(jìn)行分析、探究，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際要求，制定科學(xué)的抗震方案。

1 基于性能的抗震方法的主要內(nèi)容

目前，在我國建筑結(jié)構(gòu)中，抗震設(shè)計(jì)思路具有多樣性，基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)以實(shí)用性、科學(xué)性成為大多數(shù)人優(yōu)先采用的設(shè)計(jì)方法。基于性能的抗震設(shè)計(jì)從宏觀性的設(shè)計(jì)目標(biāo)過渡到具體量化的多重子目標(biāo)，在建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求上，建筑使用者具有廣泛的選擇范圍。在進(jìn)行基于性能的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)施性能目標(biāo)在建筑結(jié)構(gòu)實(shí)踐中的論證，通過對(duì)實(shí)施性能目標(biāo)的深入分析，采用現(xiàn)階段新結(jié)構(gòu)體系及材料，完善建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)考慮在影響建筑實(shí)際操作的綜合因素，根據(jù)不同程度的抗震設(shè)防烈度，采用與建筑目標(biāo)相符合的技術(shù)及抗震措施，保障建筑物的質(zhì)量。基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)綜合考慮建筑物的場(chǎng)地條件、外在環(huán)境、實(shí)用性能等因素，確保在強(qiáng)烈震動(dòng)的條件下，建筑物的破壞程度小于設(shè)計(jì)預(yù)期。

2 我國針對(duì)抗震性能水平的界定

為使震后建筑物的結(jié)構(gòu)功能得以延續(xù)，控制建筑結(jié)構(gòu)的整體破壞程度是基于性能的抗震設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。抗震性能水平是指在人為設(shè)定的地震作用外力下建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)期抗震水平。針對(duì)其預(yù)測(cè)性的數(shù)據(jù)，建筑設(shè)計(jì)者在結(jié)合歷次地震情況的前提下，預(yù)估未來會(huì)發(fā)生的最大地震級(jí)數(shù)，進(jìn)一步明確建筑設(shè)定抗震目標(biāo)，抗震目標(biāo)的設(shè)定在取決于當(dāng)?shù)刈匀粭l件的基礎(chǔ)上，需結(jié)合建筑物建成后的具體使用方向，設(shè)計(jì)者綜合整體情況制定符合建筑整體條件的抗震方案，保障建筑物性能的最大限度發(fā)揮。根據(jù)我國現(xiàn)階段的建筑結(jié)構(gòu)體系，粗略的將建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能水平分為小震彈性、中震彈性及不屈服、大震彈性及不屈服，運(yùn)用基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法，滿足建筑結(jié)構(gòu)的多重復(fù)雜性，基于抗震性能水平的評(píng)估，確保建筑結(jié)構(gòu)的承載能力優(yōu)良。

3 我國基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法分析

現(xiàn)階段，建筑工程中的結(jié)構(gòu)大多數(shù)為鋼筋混凝土框支剪力墻，承載能力的抗震設(shè)計(jì)方法，針對(duì)地震強(qiáng)度，設(shè)計(jì)者有效借助反應(yīng)譜，進(jìn)一步計(jì)算出建筑底部剪力，根據(jù)相關(guān)規(guī)則將其與其它荷載有機(jī)組合，設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度水平，保證建筑各構(gòu)件均能提供相應(yīng)的承載能力，進(jìn)一步確保建筑物的綜合抗震水平。較其它抗震設(shè)計(jì)方法相比，承載能力設(shè)計(jì)方法貼合實(shí)際、性能理念清晰，有一定的數(shù)據(jù)支持，借助大量的靜力分析，保證建筑物的預(yù)期抗震性能。調(diào)查顯示，承載能力設(shè)計(jì)方法在實(shí)際建筑施工過程中存在一定弊端，基于彈性反應(yīng)的理論基礎(chǔ)，不能將與建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)的系數(shù)進(jìn)行科學(xué)地折減，導(dǎo)致建筑構(gòu)件的抗震性能目標(biāo)落不到實(shí)處。

較承載能力設(shè)計(jì)方法相比，直接基于位移進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)以位移數(shù)據(jù)為整個(gè)抗震設(shè)計(jì)過程的虛擬出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)者在具體的建筑抗震設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)位移譜得出建筑結(jié)構(gòu)的周期，對(duì)其實(shí)施結(jié)構(gòu)分析，實(shí)現(xiàn)配置符合建筑最大抗震性能的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。基于位移的建筑抗震設(shè)計(jì)需設(shè)計(jì)者具備扎實(shí)的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力及物理知識(shí)，方案設(shè)計(jì)前期的精力投入較大，對(duì)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中運(yùn)算的精確性有一定要求。基于位移的抗震設(shè)計(jì)能保證設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)初期明確各結(jié)構(gòu)性能水平，在建筑實(shí)際抗震應(yīng)用中最大程度發(fā)揮構(gòu)件目標(biāo)性能水平。

基于以上兩種確定因素的抗震設(shè)計(jì)方法，能量也可作為設(shè)計(jì)者抗震設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)者將地震輸入的總能量假設(shè)為建筑結(jié)構(gòu)破壞的主要原因，建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件及內(nèi)部相關(guān)設(shè)施造成破壞所接收的能量受地震與構(gòu)件耗散能量共同影響。以能量守恒為理論基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)在一定程度上評(píng)估不同等級(jí)地震的潛在破壞力，但其操作過于繁瑣，存在較多人為無法把控的因素。

4 基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法

基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震方案設(shè)計(jì)是完善我國建筑發(fā)展不可或缺的部分。建筑設(shè)計(jì)者應(yīng)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)目標(biāo)性能進(jìn)行細(xì)分，分化出多個(gè)具體量化目標(biāo)性能水準(zhǔn)，結(jié)合建筑物的重要程度，預(yù)估在震后建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)、完善所需支出，通過對(duì)建筑結(jié)構(gòu)前期成本投資及未來震后損失等綜合因素深入分析，制定合理的預(yù)期方案，確保建筑性能優(yōu)良。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)概念設(shè)計(jì)實(shí)施的宏觀把控，建筑設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)整體的規(guī)則性，合理選擇建筑結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合多級(jí)程度震動(dòng)外力下建筑構(gòu)件的實(shí)際承受力，制定科學(xué)合理的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。建筑設(shè)計(jì)者對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能應(yīng)預(yù)先進(jìn)行綜合評(píng)估，以變形指標(biāo)為設(shè)計(jì)方向，整體把控建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件在外力作用下的損傷程度，在實(shí)際建筑設(shè)計(jì)實(shí)施過程中，提升建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體性能水平，大幅縮減建筑結(jié)構(gòu)在建筑生命周期中的資金投入。

5 結(jié)語

綜上所述，基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震方法的研究與完善是我國建筑發(fā)展的趨勢(shì)。我國應(yīng)逐步加強(qiáng)對(duì)基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的重視，對(duì)基于抗震設(shè)計(jì)實(shí)踐操作過程中存在的問題不斷進(jìn)行探究及分析，在全面考慮建筑構(gòu)件的綜合性能的同時(shí)，運(yùn)用可靠的計(jì)算數(shù)據(jù)，制定更為完善、科學(xué)的抗震方案，為我國日后的建筑設(shè)計(jì)奠定基石。

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