建筑結構設計中對抗震的設計思路

蘇鵬彪 （中國建筑上海設計研究院有限公司，上海 200062）

地震災害嚴重危害著建筑建構的穩定性，因此在進行建筑物設計時，提高整個建筑結構的抗震性是非常重要的。詳細來說，在進行建筑設計時，應該將抗震設計的內容納入到一個非常重要的地位，這樣不僅能提高建筑結構的使用時間，還能確保建筑物的安全性和穩定性。設計師在進行建筑結構的抗震性設計時，應根據建筑結構的實際情況來確定使用不同的抗震方式，這樣才能確保抗震設計工作的順利進行。

1 工程概況

浙江嘉興的一個購物中心作為該地塊的核心建筑，是該地塊購物、娛樂、餐飲的重要組成部分，地上6層，建筑面積達6萬m2，建筑物長度157m，寬度80m，1層層高6.4m，2～6層層高5.7m。建筑總高度35.35m。

該項目的樓板有效寬度遠＜50%，屬于不規則的建筑，故按性能化進行設計。抗震設計標準如表1所示。

結構體系：鋼筋混凝土框架結構；

抗震等級：框架二級；

主要構件信息：①框架柱：混凝土強度等級C40，底層柱截面主要為 800×1200mm、800×1000mm、1000×1000mm、800×800mm的矩形柱和 1200mm、1100mm、1000mm的圓柱，在第4層出現柱變截面，柱子尺寸變為700×700mm、600×600mm的矩形柱和800mm、1000mm的圓柱。②框架梁、次梁、樓板：混凝土強度等級為C30，地上部分主梁尺寸主要為300×700mm，次梁尺寸主要為250×650mm。

抗震設計標準 表1

2 抗震性能目標

在進行基于性能的抗震設計時，結構的抗震性能設計按性能目標D的要求，主要如下：

①在多遇地震作用下，結構抗震性能達到第1水準，結構完好、無損壞，一般不需修理即可繼續使用；

②在設防烈度地震作用下，結構抗震性能達到第4水準，整體結構中度損壞，關鍵構件輕度損壞，普通豎向構件中度損壞，耗能構件中度損壞、部分比較嚴重損壞，修復或加固后可繼續使用；

③在預估的罕遇地震作用下，結構抗震性能達到第5水準，結構比較嚴重損壞，關鍵構件中度損壞，普通豎向構件部分比較嚴重損壞，耗能構件比較嚴重損壞、需排險大修后才可繼續使用。

主要構件抗震性能目標見表2[1]。

3 計算參數的選取

①設防烈度地震、預估的罕遇地震彈性計算均不考慮地震組合內力調整系數（即強柱弱梁、強剪弱彎調整系數），構件組合內力計算中不計入風荷載作用效應的組合。

主要構件抗震性能目標 表2

②設防烈度地震、預估的罕遇地震彈性設計采用荷載作用分項系數、材料分項系數和抗震承載力調整系數，構件承載力計算時材料強度采用設計值。

③設防烈度地震、預估的罕遇地震不屈服設計時荷載作用分項系數取1.0（組合值不變），抗震承載力調整系數取1.0，材料強度取標準值。

④設防烈度地震和預估的罕遇地震計算的反應譜和地震動參數按規范取用。

4 設防烈度地震不屈服計算

如表3所示為1層中震不屈服與小震彈性框架柱配筋對比。

1層中震不屈服與小震彈性框架柱配筋對比 表3

對于結構框架柱，要求達到受彎、抗剪不屈服。中震不屈服框架柱配筋較小震彈性的大，但均能滿足受彎、抗剪不屈服的要求，此處僅提取底層主要柱箍筋進行對比。

5 框架柱預估罕遇地震抗剪截面計算

1層大震不屈服截面控制條件驗算表 表4

預估罕遇地震不屈服計算，場地周期取0.5s，地震影響系數最大值為0.28。此處僅提取底層主要柱進行抗剪截面復核。如表4所示為1層大震不屈服截面控制條件驗算表。

6 靜力彈塑性分析

采用MIDAS BUILDING（2012版）程序對結構進行靜力彈塑性分析（Push-over分析），以考察其在6度罕遇地震作用下的構件性能，在MIDAS BUILDING中建立分析模型如圖1所示。

圖1 MIDAS BUILDING建立分析模型圖

7 Push-over分析結論

在X、Y向預估的罕遇烈度地震下，對結構進行性能分析，結果如下：

①結構方案完全滿足規范要求的“小震彈性、中震可修、大震不倒”的抗震設防性能目標；

②結構方案同時也滿足本報告中設定的小震彈性、中震中允許部分次要水平構件出現塑性、大震下允許框架梁出現較多塑性鉸但不出現危及生命安全的嚴重變形的抗震設防性能目標；

③在性能點對應的地震作用下，結構沿X向和Y向層間位移角均滿足《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）中關于框架結構的最大彈塑性層間位移角限值，均遠＜1/50。X向最大層間位移角為1/343，出現在2層，Y向最大層間位移角為1/439，出現在 2 層[2]。

④X向大震下結構底層剪力為小震下的3.80倍，Y向大震下結構底層剪力為小震下的3.36倍，而彈性地震影響系數大震為小震下的7.0倍，說明在大震下結構構件逐步進入塑性，減小了地震效應的增加[3]。

⑤框架構件出鉸表現為由底向上、先梁端后柱端的發展順序。底層部分框架柱出現塑性鉸，狀態為B，進入屈服的框架柱≤0.5%，但未出現破壞；大震下約有12%框架梁端進入塑性，但未出現破壞。

經過對結構兩個方向的大震靜力彈塑性分析可得：結構整體和抗側力構件的最大彈塑性變形值都小于規范規定的最大彈塑性變形值，結構在罕遇地震下的抗震性能滿足防倒塌的設計目標；通過結構在大震下的變形和塑性鉸出現位置和發展狀態，可以確定現設計是安全的、抗震構造措施是適當的，同時局部位置塑性鉸發展較為嚴重的構件需要改善其延性性能和配筋等以調節其抗震變形能力，盡量將其變形控制在生命安全范圍以內。結構能滿足6度設防及罕遇地震作用下彈塑性分析的D級抗震性能目標[4-5]。

8 結束語

綜上所述，文章通過實際案例，闡明了抗震性能化設計的過程，依據建筑結構抗震設計的具體標準以及原則，使抗震結構同時具有實用性以及安全性，從而提高整個建筑物的穩定性以及使用時間，這樣能在最大程度上保證人員的生命以及財產安全。