基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設計方法

【摘要】隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國現(xiàn)在建筑構(gòu)造中的抗震設計更加規(guī)范，利用小震彈性承載力和抗震延性構(gòu)造的辦法進一步的完成小震無事、中震能修、大震不會出現(xiàn)倒塌的終極目標。但是對于不符合要求的超限工程沒有構(gòu)建比較明確的設計方案。以性能的構(gòu)造抗震思維為基礎，并且借鑒國外大量使用的抗震設計經(jīng)驗，融合我國抗震規(guī)范系統(tǒng)的實際狀況，建立一套符合我國實際性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設計方案。針對不同情況的地震，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承受力度和變形狀況，使用彈性和彈塑性的方式進行研究。主要從結(jié)構(gòu)和構(gòu)件兩個方面進行相關的定量把控。

【關鍵詞】基本性能；鋼筋混凝土；建筑構(gòu)造

以性能為基礎的抗震設計是現(xiàn)在各國使用比較頻繁的抗震設計思想，美國，歐洲和日本的抗震設計中都有該思想的具體展現(xiàn)，同時也是現(xiàn)在國內(nèi)外探索的主要問題之一，其中的內(nèi)容主要有：使得抗震構(gòu)造從整體目標向?qū)嶋H量化的多個目標進行遞進，業(yè)主也就是設計人員可以選用比較科學的抗震要求；抗震設計的時候比較注重性能目標的深入研究，通過不斷驗證可以使用現(xiàn)在規(guī)范中還沒有明確指出的新型構(gòu)造系統(tǒng)，運用新的技術和新的材料；根據(jù)抗震的不同，建立防烈度，因為實際場地和建筑的不同要采用不同的性能目標和針對性的抗震方法，使得建筑物在強震的時候也不會出現(xiàn)比較嚴重的損傷。根據(jù)上面的特征，以性能為基礎的抗震設計方式比較適合運用在較為復雜的超限結(jié)構(gòu)設計中。

1、以性能為基礎的抗震設計方案

1.1 抗震性能目標的設定和選擇

抗震性能目標主要是指在地震的狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的預期性能狀況。節(jié)誒狗的超限程度和結(jié)構(gòu)的延性變形能力密切相關。所以，在構(gòu)建比較復雜的超限高層建筑構(gòu)造的抗震設計時，要融合不規(guī)則原則，提升結(jié)構(gòu)的承受力，加強延性變形。設計時要給業(yè)主提供技術和市場經(jīng)濟的信息資料，而業(yè)主根據(jù)建筑物的實際價值、抗震設防烈度、震后的損失和維修等問題進行全面考慮。這些性能目標的構(gòu)建都要以構(gòu)造的安全和建筑方案設計的協(xié)調(diào)發(fā)展為基礎。

本文主要根據(jù)性能抗震疾射的實際特征和我國抗震的相關要求，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件總結(jié)出了5種性能準則：小震彈性：結(jié)構(gòu)的所有構(gòu)件在抗震承受力和層間位移方面都符合相關標準。構(gòu)件符合彈性設計的實際要求，構(gòu)件細微部分的抗震構(gòu)造也符合抗震規(guī)范的實際要求。中震彈性：主要是指不以地震組合中的內(nèi)力調(diào)配系數(shù)為基礎，像是抗震等級四級，結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受力符合中震計算彈性。但是要運用荷載作用進行系數(shù)分項、材料分項系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)。荷載使用標準模式，材料強度要符合標準，必要時阻尼比可以進行增大。結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)或是關鍵部分在中震的效用下可以讓其承受力接近于屈服層次，但是不能出現(xiàn)剪切等損害情況，構(gòu)建的細節(jié)部位抗震構(gòu)造需要符合延性需求。大震不屈服：結(jié)構(gòu)的構(gòu)建在大震的效用下達到屈服層次，但是構(gòu)件因為受到選用的變形制約，豎向構(gòu)建不能出現(xiàn)剪切等損害情況，構(gòu)建的細節(jié)部位抗震構(gòu)造要符合延性的實際需求。

1.2 不同地震狀態(tài)下設計計算

以性能為基礎的抗震設計方案要針對地震的不同效用進行相關的計算，從而保證結(jié)構(gòu)的完成和設定性能目標的實現(xiàn)。相關的計算過程主要和前面多提到的性能水準有關。

1.2.1 小震效用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件性能分析的相關公式

在小震階層主要使用彈性反應譜分析模式。所有結(jié)構(gòu)構(gòu)建的承受力要根據(jù)實際的標準和要求，得出最不利的荷載組合進行設計，根據(jù)構(gòu)建和結(jié)構(gòu)的內(nèi)部力量，調(diào)整系統(tǒng)和設計荷載分項系數(shù)。該過程的計算公式為：

1.2.2 中震效用下結(jié)構(gòu)構(gòu)建性能分析的相關公式

在中震的效用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)建根據(jù)彈性或不屈服進行相關性能研究。以假設為前提，使用普遍的彈性分析軟件進行模擬彈塑性的彈性計算，并進行審查。性能目標設定為中震彈性結(jié)構(gòu)中的關鍵部位和薄弱位置，中震效用計算時不以地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)為依據(jù)，但是要注重荷載組合的荷載分項系數(shù)、還有材料分項系數(shù)和抗震承受力系數(shù)γRE 。

1.3 研究軟件和分析模型

構(gòu)件骨架曲線和恢復力要進行相關的試驗，再利用FEMA356 的模型參數(shù)進行論證。構(gòu)件股價曲線的特征主要有單元線性剛度、屈服強度和屈服后的剛度特點，針對豎向構(gòu)件要注重軸向荷載的因素。構(gòu)件恢復力的關系要以強度、剛度的減退和滯回捏攏為依據(jù)。研究模型要考慮樓板和樓板鋼筋的狀況，并且對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際情況進行展現(xiàn)。

1.4 地震波的選用和改進

在選擇動力彈塑性的時候，要對其中的地震加速度時程曲線進行研究，其中一組不能低于兩條場地人工波及不能低于5條實際測地震波，選用的地震波要在卓越時間、震級、震中距、震源機理和建筑構(gòu)造的實際場地相符合，還要注重雙向地震波的效用。時程曲線主要是從工程場地安全評價中產(chǎn)生的人工虛擬曲線和實際記載時程曲線為依據(jù)。把時程分析中的小震下基底剪力結(jié)果大于反應譜法結(jié)果的65%，時程分析的基底剪力結(jié)果的平均值大于反應譜結(jié)果的80%。地震波可以首先進行有關的調(diào)整：其目標譜是場地設計譜，其中0.05 阻尼比的反應譜環(huán)衛(wèi)目標普時間點上存在差距，其時間不能大于三秒，并不能大于15%，時間大于三秒，就不能超過20%，均衡差值不能大于10%。還可以把選擇的地震快速記錄的峰值進行調(diào)整，時其符合加速度峰值，從而得到設計地震加速度記錄。

2、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的論證

為了完成以結(jié)構(gòu)性能為基礎的抗震設計，對相關設防水準中的結(jié)構(gòu)安全度和損失度進行把握，從而為社會和業(yè)主提供更多的選擇空間，第一要明白各個性能級別目標是安全度和損失度把控的主要設計準則和參考數(shù)據(jù)。但是結(jié)構(gòu)的抗震性能是多種因素融合起來的，是一種量度，因為性能目標不同相應的設計標準也不同，安全和損失對變形和強度之間的影響關系可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，它們還可能交替進行把控，為了完成性能目標，對安全和損失進行全盤把控，所以結(jié)構(gòu)性能的抗震設計理論要進行反復的驗算，驗算是設計結(jié)構(gòu)抗震性能符合設計準則的主要環(huán)節(jié)。所有的環(huán)節(jié)在設計之后都要進行驗算，驗算的內(nèi)容因為設計方式和性能目標的不同而產(chǎn)生變化。驗算主要有結(jié)構(gòu)體系和非結(jié)構(gòu)體系兩種，針對簡易的、不重要的結(jié)構(gòu)物，驗算可以簡單點，針對復雜的，比較重要的，要進行認真驗算。

現(xiàn)在的規(guī)范比較注重節(jié)誒狗，因為結(jié)構(gòu)損失和人身安全關系緊密。但是，接受結(jié)構(gòu)損失也是對變形所產(chǎn)生的非結(jié)構(gòu)部分、內(nèi)部設施功能效用的損害。隨著科學技術的不斷發(fā)展，人們在非結(jié)構(gòu)體系中的投資增多，這些非結(jié)構(gòu)部分的損害和結(jié)構(gòu)物的安全和使用功能相互聯(lián)系，嚴重的還會造成人員損害、財產(chǎn)損失嚴重，從而使得運營出現(xiàn)中斷的情況。這些損失的不斷累積還會給社會和業(yè)主造成難以挽回的損失。以結(jié)構(gòu)性能為基礎的抗震設計理論認為非結(jié)構(gòu)系統(tǒng)也屬于結(jié)構(gòu)的一個部分，其中的抗震性能也符合目標水準的有關準則，主要表現(xiàn)在設計中是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能在結(jié)構(gòu)驗算時要符合實際設計需求。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要是在一般的結(jié)構(gòu)設計中不以承受力荷載和風、地震等側(cè)向荷載部件為基礎，像女兒墻、山墻、天線、機械附屬物、設備、幕墻、內(nèi)隔墻、外圍墻板、欄桿等構(gòu)件在地震效用中也進行了一些工作，從而使得整體節(jié)誒狗和相關受力構(gòu)件剛度和傳力道路出現(xiàn)問題，還會出現(xiàn)不可預料的抗震效果或是出現(xiàn)不能預計的部分損失，從而出現(xiàn)嚴重的損失情況。

為了解決非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對人身體產(chǎn)生的損害或阻礙建筑主體構(gòu)造的正常使用，需要和支撐構(gòu)件一起對抗設計地震進行驗算。針對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，可以使用強度為其判別抗震性能的依據(jù)。在理論上，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震分析需要以真實的模型為依據(jù)，使用主體系的支撐構(gòu)件反應，體現(xiàn)出相應的反應譜或樓層反應譜。

綜合：

目前鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)已得到十分廣泛的應用，其設計的關鍵就是抗震墻的布置，抗震墻結(jié)構(gòu)的受力特點直接由抗震墻的布置決定，設計人員在符合國家規(guī)范要求的基礎上，通過優(yōu)化與調(diào)整設計，探索出更為經(jīng)濟、合理的結(jié)構(gòu)設計。 本文融入國外先進的性能抗震思維，并且學習國外抗震設計規(guī)范，融合我國抗震設計規(guī)范體系的實際狀況和自己多年進行超限工程抗震設計的經(jīng)驗，找出了適合我國工程實踐的鋼筋混凝土建筑構(gòu)造以性能抗震為基礎的方式，并且在實際的工程案例中進行了相關的融入。

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