抗震結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)如何做到合理

胡春波

摘 要：本文通過(guò)1個(gè)六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的工程案例，對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如何分析，如何抓住結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)、自振周期、周期比、位移比、剛度比、剪重比這6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)來(lái)保證結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：抗震結(jié)構(gòu)；計(jì)算分析設(shè)計(jì)；合理

中圖分類號(hào)：TU352.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）09-0169-01

如何對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析判斷是個(gè)非常細(xì)致、繁瑣的過(guò)程，筆者根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，舍棄次要的，抓住主要，即抓住能分析判斷結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果是否正確合理的6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。筆者針對(duì)一棟多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全過(guò)程進(jìn)行分析、調(diào)整、比較，現(xiàn)將其計(jì)算結(jié)果判斷方法提供如下：

工程概況及基本參數(shù)，一棟六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，呈矩形平面布置；抗震設(shè)防烈度為8度，框架抗震等級(jí)為Ⅱ級(jí)，場(chǎng)地類別為Ⅱ類；設(shè)計(jì)地震分區(qū)為二組，設(shè)計(jì)基本地震加速值為0.2g，場(chǎng)地特征周期為T(mén)g=0.40s，水平地震影響系數(shù)取Xmax=0.160s，周期折減系數(shù)Tc=0.75；柱混凝土強(qiáng)度采用C40，框架梁、樓板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，框架柱、梁受力主筋采用Ⅲ級(jí)鋼，設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值fy=360N/mm2。針對(duì)本工程的特點(diǎn)，筆者重點(diǎn)抓住6個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析判斷。

1 結(jié)構(gòu)計(jì)算前的抗震概念設(shè)計(jì)

所謂“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想并在這些原則和思想指導(dǎo)下進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程。結(jié)構(gòu)計(jì)算前的抗震概念設(shè)計(jì)判斷，將有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想，靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則，使我們不致陷于盲目的計(jì)算工作，從而做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2012）第3.4.2條、3.5.2條明確規(guī)定：建筑及其抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱，并應(yīng)具有良好的整體性；結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變；抗側(cè)力構(gòu)件的布置，要有合理的地震作用傳遞途徑，結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖，應(yīng)避免因局部突變形成薄弱部位，產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中或塑性變形集中，結(jié)構(gòu)在兩個(gè)主軸方向動(dòng)力特征接近或宜接近，這是結(jié)構(gòu)計(jì)算前結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)掌握的最基本的抗震概念設(shè)計(jì)。筆者認(rèn)為抓住了抗震概念設(shè)計(jì)的事前判斷，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果一般情況下不會(huì)失真，使計(jì)算結(jié)果能限制在合理的范圍內(nèi)調(diào)整。本工程抗側(cè)力構(gòu)件兩主軸均由梁、柱剛節(jié)點(diǎn)組成，樓板為現(xiàn)澆并且無(wú)大洞口，豎向剛度分布較均勻，無(wú)大進(jìn)大出的突變，抗側(cè)力構(gòu)件截面尺寸自下而上逐漸減小。柱斷面1層650mm×650mm，2～3層550mm×550mm，4層以上500mm×500mm，框架主梁縱向400mm×600mm，橫向400mm×700mm，本工程采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部編制的多層版SATWE軟件計(jì)算，軟件各項(xiàng)技術(shù)條件符合規(guī)范及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，符合結(jié)構(gòu)計(jì)算的基本假定。

2 結(jié)構(gòu)自振周期、振型數(shù)量、振型曲線形狀的合理性

結(jié)構(gòu)合理的自振周期預(yù)估值可參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2012）建議的簡(jiǎn)化公式計(jì)算?？蚣芙Y(jié)構(gòu)第1周期T1=（0.08～0.1）N，實(shí)際工程在運(yùn)用中可考慮參考層間位移角的大小與規(guī)范限值是否接近來(lái)判斷結(jié)構(gòu)的自振周期是否合理，如果結(jié)構(gòu)最大層間位移角遠(yuǎn)小于規(guī)范限值則結(jié)構(gòu)太剛，第1自振周期偏小，宜根據(jù)實(shí)際工程具體情況適當(dāng)減弱結(jié)構(gòu)整體剛度，本工程第1自振周期T1=0.5468s，X向最大層間位移角為1/610，Y向最大層間位移角1/582，均略小于規(guī)范限值1/550，第1自振周期在合理范圍內(nèi)。

3 周期比

雖然多層建筑結(jié)構(gòu)在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2012）中并未明確要求周期比，但在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GB50011-2010）中3.4.5條中明確要求結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)減小扭轉(zhuǎn)的影響。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第1自振周期Tt與平動(dòng)為主的第1自振周期T1之比，A級(jí)高度高層建筑不應(yīng)大于0.9。這就為多層建筑的抗震設(shè)計(jì)提供了參考意義，1個(gè)常規(guī)多層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)控制好周期比，使結(jié)構(gòu)的抗扭剛度得以保證。本工程扭轉(zhuǎn)周期為第3周期T3=0.4682s，第1平動(dòng)周期T1=0.5468s，T3/T1=0.8563<0.9，結(jié)構(gòu)的抗扭剛度得以保證。

4 位移比

位移比主要為控制結(jié)構(gòu)平面的規(guī)則性，以免形成扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2012）第3.4.2條及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GB50011-2010）第4.3.5均明確闡述了在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下，樓層豎向構(gòu)件最大水平位移和層間位移，A級(jí)高度高層建筑不宜大于該樓層平均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層平均值的1.5倍。當(dāng)超過(guò)限制1.2倍時(shí)，需考慮雙向地震作用。本工程X向位移比為1.15，Y向位移比為1.12，均小于限值1.2，故該工程平面的規(guī)則性和抗扭能力控制較好。

5 剛度比

主要為控制結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性以免豎向剛度突變形成薄弱層，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2012）第3.4.2條，第3.4.3條，第3.4.4條，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GB50011-2010）第3.5.1條，第3.5.2條，第3.5.3條，各樓層的側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免側(cè)向剛度和承載力突變，本工程柱斷面，1層650mm×650mm，2～3層550mm×550mm，4層及4層以上500mm×500mm。結(jié)構(gòu)豎向剛度自下而上逐漸減小，剛度比符合規(guī)范要求，相對(duì)合理。

6 剪重比

剪重比主要為控制各樓層最小地震剪力，確保結(jié)構(gòu)安全性，見(jiàn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2012）第5.2.5條。本工程剪重比X向?yàn)?.61%，Y向?yàn)?.28%，均大于規(guī)范限值3.2%。值得一提的是，當(dāng)?shù)讓蛹糁乇炔粷M足時(shí)，應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的布局適當(dāng)調(diào)整，直至剪重比滿足規(guī)范要求。

通過(guò)以上6點(diǎn)分析判斷，本工程的計(jì)算結(jié)果大體在合理范圍內(nèi)，對(duì)其他的一些計(jì)算結(jié)果如軸壓比，有效質(zhì)量系數(shù)，梁、柱、墻配筋率的大小予以適當(dāng)控制，滿足相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，該工程的抗震計(jì)算都趨于合理化，可以用于工程設(shè)計(jì)之中。