抗震结构计算设计如何做到合理

胡春波

摘 要：本文通过1个六层钢筋混凝土框架结构的工程案例，对抗震结构设计如何分析，如何抓住结构抗震设计中概念设计、自振周期、周期比、位移比、刚度比、剪重比这6个关键点来保证结构抗震设计的合理性。

关键词：抗震结构；计算分析设计；合理

中图分类号：TU352.1+1 文献标识码：A 文章编号：1671-3362（2013）09-0169-01

如何对计算结果进行分析判断是个非常细致、繁琐的过程，笔者根据以往的设计经验，舍弃次要的，抓住主要，即抓住能分析判断结构计算结果是否正确合理的6个关键点。笔者针对一栋多层钢筋混凝土框架结构设计全过程进行分析、调整、比较，现将其计算结果判断方法提供如下：

工程概况及基本参数，一栋六层钢筋混凝土框架结构，呈矩形平面布置；抗震设防烈度为8度，框架抗震等级为Ⅱ级，场地类别为Ⅱ类；设计地震分区为二组，设计基本地震加速值为0.2g，场地特征周期为Tg=0.40s，水平地震影响系数取Xmax=0.160s，周期折减系数Tc=0.75；柱混凝土强度采用C40，框架梁、楼板混凝土强度等级为C30，框架柱、梁受力主筋采用Ⅲ级钢，设计强度取值fy=360N/mm2。针对本工程的特点，笔者重点抓住6个关键点进行分析判断。

1 结构计算前的抗震概念设计

所谓“建筑抗震概念设计”是指根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和设计思想并在这些原则和思想指导下进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。结构计算前的抗震概念設计判断，将有助于明确抗震设计思想，灵活、恰当地运用抗震设计原则，使我们不致陷于盲目的计算工作，从而做到比较合理地进行抗震设计。

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2012）第3.4.2条、3.5.2条明确规定：建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；结构的侧向刚度宜均匀变化，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变；抗侧力构件的布置，要有合理的地震作用传递途径，结构体系应具有明确的计算简图，应避免因局部突变形成薄弱部位，产生较大的应力集中或塑性变形集中，结构在两个主轴方向动力特征接近或宜接近，这是结构计算前结构工程师应掌握的最基本的抗震概念设计。笔者认为抓住了抗震概念设计的事前判断，结构设计结果一般情况下不会失真，使计算结果能限制在合理的范围内调整。本工程抗侧力构件两主轴均由梁、柱刚节点组成，楼板为现浇并且无大洞口，竖向刚度分布较均匀，无大进大出的突变，抗侧力构件截面尺寸自下而上逐渐减小。柱断面1层650mm×650mm，2～3层550mm×550mm，4层以上500mm×500mm，框架主梁纵向400mm×600mm，横向400mm×700mm，本工程采用中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制的多层版SATWE软件计算，软件各项技术条件符合规范及有关标准的规定，符合结构计算的基本假定。

2 结构自振周期、振型数量、振型曲线形状的合理性

结构合理的自振周期预估值可参考《建筑抗震设计规范》（GB50011-2012）建议的简化公式计算。框架结构第1周期T1=（0.08～0.1）N，实际工程在运用中可考虑参考层间位移角的大小与规范限值是否接近来判断结构的自振周期是否合理，如果结构最大层间位移角远小于规范限值则结构太刚，第1自振周期偏小，宜根据实际工程具体情况适当减弱结构整体刚度，本工程第1自振周期T1=0.5468s，X向最大层间位移角为1/610，Y向最大层间位移角1/582，均略小于规范限值1/550，第1自振周期在合理范围内。

3 周期比

虽然多层建筑结构在《建筑抗震设计规范》（GB50011-2012）中并未明确要求周期比，但在《高层建筑混凝土结构技术规程》（GB50011-2010）中3.4.5条中明确要求结构平面布置应减小扭转的影响。结构扭转为主的第1自振周期Tt与平动为主的第1自振周期T1之比，A级高度高层建筑不应大于0.9。这就为多层建筑的抗震设计提供了参考意义，1个常规多层建筑结构应控制好周期比，使结构的抗扭刚度得以保证。本工程扭转周期为第3周期T3=0.4682s，第1平动周期T1=0.5468s，T3/T1=0.8563<0.9，结构的抗扭刚度得以保证。

4 位移比

位移比主要为控制结构平面的规则性，以免形成扭转，对结构产生不利影响《建筑抗震设计规范》（GB50011-2012）第3.4.2条及《高层建筑混凝土结构技术规程》（GB50011-2010）第4.3.5均明确阐述了在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大水平位移和层间位移，A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍，不应大于该楼层平均值的1.5倍。当超过限制1.2倍时，需考虑双向地震作用。本工程X向位移比为1.15，Y向位移比为1.12，均小于限值1.2，故该工程平面的规则性和抗扭能力控制较好。

5 刚度比

主要为控制结构的竖向规则性以免竖向刚度突变形成薄弱层，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2012）第3.4.2条，第3.4.3条，第3.4.4条，《高层建筑混凝土结构技术规程》（GB50011-2010）第3.5.1条，第3.5.2条，第3.5.3条，各楼层的侧向刚度沿竖向宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免侧向刚度和承载力突变，本工程柱断面，1层650mm×650mm，2～3层550mm×550mm，4层及4层以上500mm×500mm。结构竖向刚度自下而上逐渐减小，刚度比符合规范要求，相对合理。

6 剪重比

剪重比主要为控制各楼层最小地震剪力，确保结构安全性，见《建筑抗震设计规范》（GB50011-2012）第5.2.5条。本工程剪重比X向为6.61%，Y向为5.28%，均大于规范限值3.2%。值得一提的是，当底层剪重比不满足时，应对结构的布局适当调整，直至剪重比满足规范要求。

通过以上6点分析判断，本工程的计算结果大体在合理范围内，对其他的一些计算结果如轴压比，有效质量系数，梁、柱、墙配筋率的大小予以适当控制，满足相关规范及设计标准后，该工程的抗震计算都趋于合理化，可以用于工程设计之中。