基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探究

王曉敏

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，城市化進(jìn)程的加快促進(jìn)了建筑業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，人們對(duì)建筑物的性能提出了更高的要求，抗震設(shè)計(jì)是建筑工程安全設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，為了保證建筑良好的抗震性能，必須科學(xué)地設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，科學(xué)地設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)，全面了解建設(shè)項(xiàng)目的總體情況，根據(jù)建設(shè)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)。為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有必要對(duì)影響結(jié)構(gòu)性能的因素進(jìn)行控制，以提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞： 鋼筋混凝土；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

1 引言

鋼筋混凝土材料是建筑中常用的材料。將這兩種材料應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅可以保證建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用強(qiáng)度，而且可以降低工程造價(jià)。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過(guò)程中仍然存在一些不足。如果地震會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形，為了避免這種現(xiàn)象，我們必須做好結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，為后續(xù)工程的使用奠定基礎(chǔ)。

2 建筑物基本性能水準(zhǔn)

第一，小震彈性：房屋各構(gòu)件的層間位移和抗震承載力必須滿(mǎn)足房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，房屋各構(gòu)件必須滿(mǎn)足彈性設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)要求和抗震性能的要求。第二，中震彈性：所謂中震彈性主要是指建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力必須滿(mǎn)足中震計(jì)算彈性的相關(guān)要求，而不考慮地震組合的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)。但是，在系數(shù)調(diào)整過(guò)程中，需要綜合考慮地震承載力、材料分擔(dān)系數(shù)和荷載作用分項(xiàng)系數(shù)的相關(guān)要求。第三，中震不屈服：所謂中震不屈服，主要是指材料強(qiáng)度、荷載組合標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間阻尼比必須合理調(diào)整，而不考慮抗震承載力和地震組合內(nèi)力系數(shù)的調(diào)整。當(dāng)中等地震的承載力允許時(shí)，建筑物的重要和薄弱部分需要接近屈服階段，但是要記住所有破壞行為，例如剪切，并且詳細(xì)的抗震結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足相關(guān)的延性要求。第四，大震不屈服：建筑物的重要或薄弱環(huán)節(jié)在大震承載力的允許范圍內(nèi)都接近屈服階段，但應(yīng)避免剪切等破壞行為，具體的抗震結(jié)構(gòu)必須滿(mǎn)足相應(yīng)的延性要求。第五，大地震可能會(huì)發(fā)生。建筑局部結(jié)構(gòu)構(gòu)件在大地震作用下達(dá)到屈服階段，但結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿(mǎn)足變形限制選擇的要求，豎向構(gòu)件不發(fā)生易損破壞行為，細(xì)部構(gòu)件滿(mǎn)足高延性的要求。

3 基于鋼筋混凝土性能的混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)置高安全系數(shù)的多道抗震防線(xiàn)

對(duì)于復(fù)雜的地震地質(zhì)災(zāi)害，由于對(duì)地震機(jī)理的認(rèn)識(shí)比較膚淺，特別是強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，由于技術(shù)的限制無(wú)法獲得科學(xué)而有價(jià)值的數(shù)據(jù)和信息，也不能得到強(qiáng)度與譜的關(guān)系。根據(jù)普通荷載法的可靠度，利用可靠度模型對(duì)地震和建筑結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行計(jì)算和分析，與計(jì)算設(shè)計(jì)相比概念設(shè)計(jì)更有意義，所謂概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和建筑工程的經(jīng)驗(yàn)所遵循的設(shè)計(jì)原則，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、總體布置、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。總之，它是基于求效益、避危險(xiǎn)的思想，科學(xué)地選擇安全場(chǎng)地，避免危險(xiǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，然后選擇安全的抗震結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)在建筑物的規(guī)則形狀、結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性和抗震縫的設(shè)計(jì)上，從而形成多層次的抗震防線(xiàn)，并適當(dāng)且牢固地連接各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件，以及防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震破壞。通過(guò)多條抗震線(xiàn)的設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)谝坏婪谰€(xiàn)的抗側(cè)向構(gòu)件失效時(shí)，第二道防線(xiàn)和第三道防線(xiàn)能夠有效地抵御地震災(zāi)害。最常見(jiàn)的多線(xiàn)結(jié)構(gòu)為框架+剪力墻結(jié)構(gòu)，其中第一道防線(xiàn)為剪力墻結(jié)構(gòu)，即當(dāng)剪力墻倒塌或開(kāi)裂時(shí)，框架需要承受地震剪力。

3.2 基于性能的抗震設(shè)計(jì)

基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)具有目標(biāo)和步驟。首先，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，應(yīng)該確定建筑結(jié)構(gòu)的預(yù)期性能，對(duì)于存在超限問(wèn)題的建筑物，應(yīng)根據(jù)其特定的結(jié)構(gòu)形狀和不規(guī)則性，采取安全措施，以保證結(jié)構(gòu)的承載力，提高其延性變形能力。可以嘗試評(píng)分。設(shè)定抗震目標(biāo)，如小震彈性、中震彈性、大震不屈服等標(biāo)準(zhǔn)。在此基礎(chǔ)上，利用分析軟件、分析模型等可以得到骨架曲線(xiàn)。同時(shí)，應(yīng)選擇兩個(gè)以上的現(xiàn)場(chǎng)人工波和五個(gè)實(shí)測(cè)地震波線(xiàn)，應(yīng)從現(xiàn)場(chǎng)安全檢測(cè)記錄中選擇時(shí)程曲線(xiàn)。同時(shí)，要調(diào)整地震波成為目標(biāo)譜。

3.3 以位移為基礎(chǔ)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

該方法在分析建筑物結(jié)構(gòu)位移的基礎(chǔ)上，通過(guò)與建筑物承載力設(shè)計(jì)方法的比較，突破了傳統(tǒng)的將位移傳遞到抗震設(shè)計(jì)起始位置的設(shè)計(jì)模式和目標(biāo)，將其作為抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還需要根據(jù)位移譜計(jì)算特定條件下建筑物的位移。經(jīng)過(guò)有效期、事實(shí)證明，該設(shè)計(jì)模型具有較好的可操作性。

3.4 能量法下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

能量法抗震設(shè)計(jì)又稱(chēng)“假定設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)者認(rèn)為地震的能量是建筑結(jié)構(gòu)破壞的主要原因，他們認(rèn)為當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，傳遞到建筑物的能量和建筑物本身消耗的能量會(huì)對(duì)建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)備和設(shè)施造成破壞。這種設(shè)計(jì)模式的優(yōu)點(diǎn)是能夠更準(zhǔn)確、高效地估計(jì)地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響，缺點(diǎn)是計(jì)算和操作相對(duì)復(fù)雜，不確定性較多。

3.5 承載能力設(shè)計(jì)法

承載力設(shè)計(jì)方法是建筑結(jié)構(gòu)最常用的抗震設(shè)計(jì)方法。根據(jù)反應(yīng)譜計(jì)算底部剪力。根據(jù)具體規(guī)定，將地震分布到建筑物的整體結(jié)構(gòu)中，并與普通荷載相結(jié)合，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，確保建筑物結(jié)構(gòu)的各個(gè)環(huán)節(jié)都能達(dá)到預(yù)期的承載能力，然后進(jìn)行變形驗(yàn)算。承載力計(jì)算使用方便，局部細(xì)連桿設(shè)計(jì)相對(duì)安全、穩(wěn)定可靠。

4 基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在對(duì)鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要在提升建筑荷載力的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，將兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法有機(jī)的結(jié)合在一起，以此提高整體的抗震性能。首先，要對(duì)不同性能水準(zhǔn)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力進(jìn)行劃分，將每個(gè)水準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)致劃分，確保每個(gè)水準(zhǔn)都能得到明確的劃分。在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)影響鋼筋混凝土材料結(jié)構(gòu)性能的因素進(jìn)行考慮，在設(shè)計(jì)時(shí)還需要對(duì)今后發(fā)生地震時(shí)，地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)影響情況進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，根據(jù)分析的結(jié)果來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)合理。其次，要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的宏觀(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，建筑工程的各方面設(shè)計(jì)都要按照相關(guān)規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，結(jié)合實(shí)際需求選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)體系，確保建筑結(jié)構(gòu)符合應(yīng)用需求。再次，要將不同水準(zhǔn)性能的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合在一起，保證建筑物的強(qiáng)度符合整個(gè)工程的設(shè)計(jì)需求。同時(shí)，還要保證有充足的建設(shè)資金，保證設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展。最后，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，施工單位需要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)用期間的變性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，了解建筑構(gòu)件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中的損傷程度和后期結(jié)構(gòu)性能的變化水平，要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行合理的控制。只有掌握這些因素，才能對(duì)發(fā)生地震時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的性能變化情況和損失情況進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，才能降低后續(xù)的損失。

5 結(jié)束語(yǔ)

從目前的建筑行業(yè)發(fā)展來(lái)看，基于性能的鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是該行業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，想要提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，就需要在原來(lái)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，使用這種設(shè)計(jì)方法可以在保證建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的同時(shí)，提高建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用性能，為城市居民提供更加舒適的生活環(huán)境，還可以在一定程度上延長(zhǎng)建筑工程的使用年限，對(duì)該行業(yè)的遠(yuǎn)發(fā)展有著促進(jìn)作用。

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