抗震措施在PKPM 10版軟件的實現(xiàn)及工程設(shè)計應(yīng)用

陳 有 康 婧 劉 巖 肖艷玲

(1.華油飛達(dá)鉆采設(shè)備有限公司，滄州 061000;2.中國建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所，北京 100013)

1 前言

2008年發(fā)布的《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，建筑結(jié)構(gòu)分為四個抗震設(shè)防類別，而各設(shè)防類別由設(shè)防要求不同需分別確定不同的設(shè)防烈度及抗震措施。

抗震措施指除地震作用計算和抗力計算以外的抗震設(shè)計內(nèi)容，包括抗震構(gòu)造措施。

抗震構(gòu)造措施含義為，根據(jù)抗震概念設(shè)計原則，一般不需計算而對結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求。

抗震措施包括抗震構(gòu)造措施，在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計中兩者即有聯(lián)系又有不同。

2 規(guī)范對抗震措施的相關(guān)要求

2.1 規(guī)范對抗震措施及抗震構(gòu)造措施的不同要求

抗震措施主要體現(xiàn)在各種效應(yīng)的放大、措施的提高，即《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中第6.2、7.2、8.2 等節(jié)中對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件規(guī)定的調(diào)整構(gòu)件的組合內(nèi)力設(shè)計值的相關(guān)提高，如強剪弱彎、強柱弱梁、強節(jié)點、柱底彎矩放大等。

抗震構(gòu)造措施則體現(xiàn)在構(gòu)件尺寸的限制、構(gòu)件配筋配置時要求、軸壓比限值以及抗震墻的設(shè)置等方面，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中針對各結(jié)構(gòu)體系分別給出不同的結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施詳細(xì)條文。即《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.3 到6.7 節(jié)，7.3 到 7.5 節(jié)，8.3到8.5節(jié)等章節(jié)的規(guī)定。

2.2 規(guī)范對抗震措施及抗震構(gòu)造措施的確定及實現(xiàn)方式

(1)抗震措施的確定

《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》中劃分了四類抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定不同設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的建筑根據(jù)抗震設(shè)防烈度確定抗震措施。

《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》第3.0.3條的規(guī)定，抗震措施的設(shè)置主要由建筑物的設(shè)防類別及設(shè)防烈度來確定。

由此條文，計算建筑物地震作用時采用的設(shè)防烈度與抗震措施采用的烈度有時是不同的。即結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)的抗震措施采用的設(shè)防烈度，有可能高于或者低于計算地震作用時的設(shè)防烈度。此處的抗震措施包括了抗震計算措施和抗震構(gòu)造措施。

如《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，對于重點設(shè)防類建筑，應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度一度的要求加強其抗震措施，同時按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用;對于適度設(shè)防類建筑，允許比本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求適當(dāng)降低其抗震措施，一般仍按本地區(qū)烈度確定地震作用。

針對結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第三章規(guī)定，抗震構(gòu)造措施主要由建筑物所在場地類別、設(shè)計基本地震加速度及建筑物類別、高度等確定。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第3.3.3條:建筑場地為Ⅲ、Ⅳ類時，對設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.3g的地區(qū)，除本規(guī)范另有規(guī)定外，宜分別按抗震設(shè)防烈度8度(0.20g)和9度(0.40g)時各類建筑的要求采取抗震的構(gòu)造措施。

此條文意即，在建筑場地為Ⅲ、Ⅳ類、設(shè)計基本地震加速度為0.15g和0.3g的地區(qū)的建筑物，結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施比按照由地震烈度確定的抗震計算措施提高一度設(shè)置，而抗震計算措施仍按原烈度設(shè)置。此種情況，抗震構(gòu)造措施比抗震計算措施要求高。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第3.3.2條:建筑場地為I類時，甲、乙類建筑應(yīng)允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施;丙類建筑應(yīng)允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施，但抗震設(shè)防烈度為6度時仍應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施。

該條規(guī)定，對I類場地的丙類建筑采取抗震構(gòu)造措施時可降低一度，而抗震計算措施不變。此種情況，抗震構(gòu)造措施比抗震計算措施要求低。

(2)抗震措施的實現(xiàn)方式

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第6.1.2條，多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級，并應(yīng)符合相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。

由此條規(guī)定可知，結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震計算措施與抗震構(gòu)造措施是通過建筑物的抗震等級來實現(xiàn)。

即結(jié)構(gòu)選用不同的抗震等級時，對于抗震計算措施采取不同的效應(yīng)放大系數(shù);對于抗震構(gòu)造措施采用不同的細(xì)部構(gòu)造要求。

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2可知，抗震烈度與抗震等級的關(guān)系為，當(dāng)建筑物高度相同時，地震烈度高一度時，抗震等級亦相應(yīng)的提高一級。即當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，對于計算地震作用的地震烈度與采用抗震措施烈度不同時，只需修改相應(yīng)的抗震等級即可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震措施的提高或降低。

3 PKPM 10對于規(guī)范中抗震措施的實現(xiàn)及設(shè)計應(yīng)用

3.1 抗震措施參數(shù)定義

在SATWE軟件的參數(shù)設(shè)置中—地震信息頁可以通過設(shè)置結(jié)構(gòu)所在地區(qū)的地震烈度、場地類別、抗震等級來確定結(jié)構(gòu)的抗震措施(圖1)。

圖1 SATWE軟件的地震信息參數(shù)設(shè)置窗口

3.2 抗震措施與地震作用計算時采用不同地震烈度時軟件實現(xiàn)

《抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》中，對于有些分類的建筑物，采用抗震措施時與地震作用計算時地震烈度采用不同的數(shù)值。

在軟件中可通過定義設(shè)防烈度來確定地震作用計算采用的烈度值;定義結(jié)構(gòu)的抗震等級來確定結(jié)構(gòu)的抗震措施。規(guī)范中，當(dāng)烈度提高一度時，抗震等級相應(yīng)提高一級，通過提高抗震等級即可實現(xiàn)規(guī)范中針對抗震措施提高一度的要求(圖2)。

圖2 定義設(shè)防烈度窗口

對于結(jié)構(gòu)中不同部位需采取不同抗震措施的可通過單構(gòu)件抗震等級的定義實現(xiàn)(圖3)。

圖3 單構(gòu)件抗震等級定義窗口

3.3 抗震構(gòu)造措施與抗震計算措施不同時軟件的實現(xiàn)

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第3.3.2 條與第3.3.3條分別給出了某些情況下，結(jié)構(gòu)的抗震措施需降低或提高一度的的規(guī)定，軟件中通過設(shè)置相應(yīng)的對話框來實現(xiàn)規(guī)范的相應(yīng)條文。

對于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》3.3.2條，建筑場地為Ⅰ類時，丙類建筑可按本地區(qū)設(shè)防烈度降低一度采取抗震構(gòu)造措施，但抗震設(shè)防烈度為6度時仍應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度要求采取抗震構(gòu)造措施，用戶可在“抗震構(gòu)造措施的抗震等級”選項中選擇“降低一級”進行設(shè)計(圖4)。

圖4 抗震構(gòu)造措施的抗震等級選項窗口

選中此項后抗震構(gòu)造措施的抗震等級相對抗震措施的抗震等級降低一級?？拐鸫胧┑目拐鸬燃壥撬募墪r，則抗震構(gòu)造措施的抗震等級不再降低。同時程序在配筋結(jié)果文件中，輸出抗震措施的抗震等級和抗震構(gòu)造措施的抗震等級(圖5)。

圖5 配筋結(jié)果中的抗震措施相關(guān)內(nèi)容

圖5中，Nfc為構(gòu)件設(shè)計時的抗震措施采用的抗震等級，而Nfc_kzgz為構(gòu)件設(shè)計時抗震構(gòu)造措施采用的抗震等級。此條件下，構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施的抗震等級比抗震措施的抗震等級低一級，即相當(dāng)于按地震烈度低一度設(shè)防。

對于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》第3.3.3條，當(dāng)結(jié)構(gòu)處于建筑場地是Ⅲ類或Ⅳ類且地震烈度為7度(0.15g)或8度(0.30g)時，可在“抗震構(gòu)造措施的抗震等級”選項中選擇“提高一級”進行工程設(shè)計。

用戶選中該選項后，程序在構(gòu)件設(shè)計時將抗震構(gòu)造措施的抗震等級相對抗震措施的抗震等級提高一級，在配筋結(jié)果文件中，將同時輸出抗震措施的抗震等級和抗震構(gòu)造措施的抗震等級?？拐鸫胧┑目拐鸬燃壥?級或5級時，抗震構(gòu)造措施的抗震等級不作提高。

選擇該項后，程序計算輸出結(jié)果如圖6。

圖6 配筋結(jié)果中抗震構(gòu)造措施相關(guān)內(nèi)容顯示

3.5 對于框支抗震墻結(jié)構(gòu)不同部位采取不同抗震措施的軟件實現(xiàn)

《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》表6.1.2及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》報批稿表3.9.3和表3.9.4規(guī)定，框支抗震墻結(jié)構(gòu)，抗震墻加強部位與一般部位的抗震等級不同，框支結(jié)構(gòu)底部加強部位剪力墻抗震等級比非加強部位高一級。軟件針對此條增設(shè)一個對話框來自動實現(xiàn)結(jié)構(gòu)不同部位采用不同的抗震措施的要求，見圖7。

圖7 結(jié)構(gòu)不同部位采用不同抗震措施的設(shè)置窗口

用戶勾選此項后，程序自動實現(xiàn)框支剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強區(qū)部位剪力墻抗震等級提高一級。

4 結(jié)束語

對于結(jié)構(gòu)的抗震措施，規(guī)范分別在計算方面和構(gòu)造方面做了不同的要求，不同的抗震措施由不同的抗震等級來體現(xiàn)。PKPM10版程序?qū)τ谝?guī)范的要求增加了抗震構(gòu)造措施的抗震等級菜單，并針對規(guī)范的具體要求實施了保護，對于規(guī)范要求不需要降低或升高的工程情況，該選項不起作用。

結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施非常復(fù)雜，只有通過程序的設(shè)置才能實現(xiàn)各方面的調(diào)整，PKPM10的改進達(dá)到了智能化調(diào)整結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施的設(shè)計要求。

[1]建筑抗震設(shè)計規(guī)范 GB50011－2010

[2]建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn) GB50223－2008

[3]高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，報批稿

[4]SATWE多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析及設(shè)計軟件用戶手冊及技術(shù)條件