基于性能的鋼筋混凝土建筑結構抗震設計

黃清源

（江門市建筑設計工程有限公司　廣東江門　529000）

建筑結構抗震設計是建筑工程的安全設計，只有強化建筑工程設計，提高其抗震性能才能確保建筑工程的安全，也才能確保建筑工程結構質量，從鋼筋混凝土性質角度出發來深入剖析建筑鋼筋混凝土結構抗震設計方法。

1　基于性能的鋼筋混凝土抗震設計目標

建筑結構的抗震設計首先應該形成一個明確的目標，也就是建筑結構預期的抗震水平，對于鋼筋混凝土建筑最基礎是結構有著良好的屈伸、延展與變形、彈性能力，要精準地測算出超限度，對此則要集中于建筑物的功能、性能、重要性、抗震烈度等來全方位分析，根據目前的鋼混建筑結構抗震的標準與規程，具體包括以下標準。

1.1　小震彈性

要求建筑結構層間位移、局部部件以及細微之處等都達到要求的抗震標準。

1.2　中震彈性

建筑結構構件的承載力達標，具體就是當地震發生時，在不考慮組合內力狀態下進行系統調整依然合格。但是，其他系數，例如：材料分項系數等可以調節。

1.3　中震不屈服

遇到中等地震時，建筑工程的一些相對敏感、脆弱的環節承載力趨向于屈服狀態，然而，其結構、構造等依然達到延展性標準，無局部脆裂受損。

1.4　大震不屈服

遇到高等級地震時，建筑的一些局部敏感、脆弱部位的承載力臨近屈服，然而，其構造卻達到延性指標，不存在脆弱受損問題。

1.5　層間位移性能目標

建筑物結構的性能水平一般包括四個階段：①充分運行階段（OP階段）；②基本運行階段（IO階段）；③生命安全階段（LS階段）；④瀕臨倒塌階段（CP階段）。其中OP階段就是地震中以及地震之后，建筑物的相關功能與局部等依然保持其原有功能，無論是結構還是非結構構件等僅有少許受損，建筑物結構沒有任何變化；IO階段，建筑物自身的結構、功能等保持穩定，建筑物的構件、其中的物品等都保持完好，或者局部受到破壞，但可以被修復。LS階段則是指建筑物的基本結構、基礎性功能等遭到破壞，而且不能被修復回歸原狀。CP階段則指的是建筑物受到地震的嚴重破壞，發生了結構受損、坍塌，已經無法恢復原狀。以下表1為鋼混建筑結構層間位移性能目標分布。

表1　鋼混建筑結構層間位移性能目標分布表

如果當前的建筑物結構達不到層間位移性能，然而，各個結構構件達到自身性能，則沒有必要來抗震加固處理，相反，建筑結構達到了層間位移性能目標，單層大概90%的梁體、抗震墻抗彎度達到構件功能，大概95%以上的梁柱節點、抗震墻剪性等達到規定目標，則建筑物達到了一定的抗震能力。

2　基于鋼筋混凝土性能的混凝土建筑結構抗震設計

2.1　設置高安全系數的多道抗震防線

對于地震這一復雜的地質災難，由于對地震機理的理解與認知相對較淺，特別是強震發生時，由于技術有限，不能得到科學、有價值的數據、信息，也無法通過可靠模型來計算、剖析地震的強度、頻譜特征等與建筑結構的關系，簡單地按普通的荷載規律可靠度的方法無法滿足抗震設計要求，與計算設計相比，概念設計則更有意義，所謂的概念設計就是參照地震災害與建筑工程建設經驗等遵循的設計原則，其中具體包括：結構設計、總體布局、抗震結構設計等，簡單說就是本著趨利避害的思路來科學選擇安全場地、回避危險區，并進行地基設計，再選擇安全的抗震結構，具體體現為：建筑物形狀規則、結構對稱、設計抗震縫等，由此來形成多級抗震防線，而且要妥善、牢固地連接各個結構構件，而且要預防非結構構件的震害。通過設計若干條抗震防線，首道防線抗側力構件失去作用時，隨之的第2、3道防線則能有效抵抗地震危害，最常見的多防線結構為：框架+剪力墻結構，其中首道防線為：剪力墻結構，也就是說當剪力墻坍塌或開裂后，則需要框架承擔其所帶來的地震剪力。

2.2　基于性能的抗震設計

基于性能的鋼筋混凝土建筑結構設計要有目標、有步驟，首先應明確當地震發生時，建筑物結構預期的性能，對于存在超限問題的建筑物則要根據其具體的結構形態、不規則度等來采取安全對策，從而來確保結構承載力、增強其延性變形能力等，可以嘗試分等級設置抗震目標，例如：小震彈性、中震彈性、大震不屈服等幾個標準。以此為基礎來借助分析軟件、分析模型等來獲得骨架曲線。同時，要擇取兩條以上的場地人工波，5條實測地震波線，同時要在場地安全檢測記錄中來選出時程曲線，同時，對地震波加以調節，使其成為目標譜。

2.3　以位移為基礎的鋼筋混凝土結構抗震設計

在分析建筑物結構位移的前提下，同所設計的建筑物承載力設計法對比，此設計方法突破了傳統設計模式與目標，具體體現在將位移轉移至抗震設計的起始位置，將其設置為關鍵參數用于抗震設計，而且設計人員也要根據位移譜來算出特定條件下，建筑物位移的有效期，事實證明這一設計模式具有更好的可操作性。

2.4　能量法下的鋼筋混凝土結構抗震設計

能量法下的抗震設計又稱“假定法設計”，設計人員將來自于地震的能量假設為造成建筑結構受損與破壞的一大原因，認為地震發生時，向建筑物中所傳輸的能量，建筑物自身所消耗的能量等導致了建筑物內部結構與相關設備、設施等的受損、破壞。這一設計模式的優點體現在：能夠更加準確、高效地估算出地震對建筑物結構所帶來的影響，不足之處則體現在：計算與操作相對復雜、其中存在較多的不確定因素。

2.5　承載能力設計法

承載能力設計法是最常見的建筑結構抗震設計，通過參照反應譜來算出底端的剪力，按照特定規則，將地震分配至建筑整體結構中，并同普通荷載組合，提高結構的強度，確保建筑結構的各個環節都可以達到理想的承受載荷的能力，再進行變形驗算。此承載力計算方便使用，局部細微環節設計相對安全、穩定、可靠。

3　總結

通過分析鋼筋混凝土性能來對建筑結構實施抗震設計是未來的建筑工程防震設計的一大發展勢頭，它創造性地發展了傳統的抗震技術，從建筑工程材料與結構出發，在剖析建筑自身材料性質的基礎上來科學地進行設計，從而確保了建筑工程結構的抗震設計水平。

[1]《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）[S].中國建筑工業出版社，2010．[2]柳炳康，沈小璞，主編.工程結構抗震設計[M].武漢理工大學出版社，2005.

[3]李向北.基于性能的鋼筋混凝土建筑結構標準抗震設計方法研究[J].中國標準化，2016（13）：117～118.

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