建筑结构设计中对抗震的设计思路

苏鹏彪 （中国建筑上海设计研究院有限公司，上海 200062）

地震灾害严重危害着建筑建构的稳定性，因此在进行建筑物设计时，提高整个建筑结构的抗震性是非常重要的。详细来说，在进行建筑设计时，应该将抗震设计的内容纳入到一个非常重要的地位，这样不仅能提高建筑结构的使用时间，还能确保建筑物的安全性和稳定性。设计师在进行建筑结构的抗震性设计时，应根据建筑结构的实际情况来确定使用不同的抗震方式，这样才能确保抗震设计工作的顺利进行。

1 工程概况

浙江嘉兴的一个购物中心作为该地块的核心建筑，是该地块购物、娱乐、餐饮的重要组成部分，地上6层，建筑面积达6万m2，建筑物长度157m，宽度80m，1层层高6.4m，2～6层层高5.7m。建筑总高度35.35m。

该项目的楼板有效宽度远＜50%，属于不规则的建筑，故按性能化进行设计。抗震设计标准如表1所示。

结构体系：钢筋混凝土框架结构；

抗震等级：框架二级；

主要构件信息：①框架柱：混凝土强度等级C40，底层柱截面主要为 800×1200mm、800×1000mm、1000×1000mm、800×800mm的矩形柱和 1200mm、1100mm、1000mm的圆柱，在第4层出现柱变截面，柱子尺寸变为700×700mm、600×600mm的矩形柱和800mm、1000mm的圆柱。②框架梁、次梁、楼板：混凝土强度等级为C30，地上部分主梁尺寸主要为300×700mm，次梁尺寸主要为250×650mm。

抗震设计标准 表1

2 抗震性能目标

在进行基于性能的抗震设计时，结构的抗震性能设计按性能目标D的要求，主要如下：

①在多遇地震作用下，结构抗震性能达到第1水准，结构完好、无损坏，一般不需修理即可继续使用；

②在设防烈度地震作用下，结构抗震性能达到第4水准，整体结构中度损坏，关键构件轻度损坏，普通竖向构件中度损坏，耗能构件中度损坏、部分比较严重损坏，修复或加固后可继续使用；

③在预估的罕遇地震作用下，结构抗震性能达到第5水准，结构比较严重损坏，关键构件中度损坏，普通竖向构件部分比较严重损坏，耗能构件比较严重损坏、需排险大修后才可继续使用。

主要构件抗震性能目标见表2[1]。

3 计算参数的选取

①设防烈度地震、预估的罕遇地震弹性计算均不考虑地震组合内力调整系数（即强柱弱梁、强剪弱弯调整系数），构件组合内力计算中不计入风荷载作用效应的组合。

主要构件抗震性能目标 表2

②设防烈度地震、预估的罕遇地震弹性设计采用荷载作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数，构件承载力计算时材料强度采用设计值。

③设防烈度地震、预估的罕遇地震不屈服设计时荷载作用分项系数取1.0（组合值不变），抗震承载力调整系数取1.0，材料强度取标准值。

④设防烈度地震和预估的罕遇地震计算的反应谱和地震动参数按规范取用。

4 设防烈度地震不屈服计算

如表3所示为1层中震不屈服与小震弹性框架柱配筋对比。

1层中震不屈服与小震弹性框架柱配筋对比 表3

对于结构框架柱，要求达到受弯、抗剪不屈服。中震不屈服框架柱配筋较小震弹性的大，但均能满足受弯、抗剪不屈服的要求，此处仅提取底层主要柱箍筋进行对比。

5 框架柱预估罕遇地震抗剪截面计算

1层大震不屈服截面控制条件验算表 表4

预估罕遇地震不屈服计算，场地周期取0.5s，地震影响系数最大值为0.28。此处仅提取底层主要柱进行抗剪截面复核。如表4所示为1层大震不屈服截面控制条件验算表。

6 静力弹塑性分析

采用MIDAS BUILDING（2012版）程序对结构进行静力弹塑性分析（Push-over分析），以考察其在6度罕遇地震作用下的构件性能，在MIDAS BUILDING中建立分析模型如图1所示。

图1 MIDAS BUILDING建立分析模型图

7 Push-over分析结论

在X、Y向预估的罕遇烈度地震下，对结构进行性能分析，结果如下：

①结构方案完全满足规范要求的“小震弹性、中震可修、大震不倒”的抗震设防性能目标；

②结构方案同时也满足本报告中设定的小震弹性、中震中允许部分次要水平构件出现塑性、大震下允许框架梁出现较多塑性铰但不出现危及生命安全的严重变形的抗震设防性能目标；

③在性能点对应的地震作用下，结构沿X向和Y向层间位移角均满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中关于框架结构的最大弹塑性层间位移角限值，均远＜1/50。X向最大层间位移角为1/343，出现在2层，Y向最大层间位移角为1/439，出现在 2 层[2]。

④X向大震下结构底层剪力为小震下的3.80倍，Y向大震下结构底层剪力为小震下的3.36倍，而弹性地震影响系数大震为小震下的7.0倍，说明在大震下结构构件逐步进入塑性，减小了地震效应的增加[3]。

⑤框架构件出铰表现为由底向上、先梁端后柱端的发展顺序。底层部分框架柱出现塑性铰，状态为B，进入屈服的框架柱≤0.5%，但未出现破坏；大震下约有12%框架梁端进入塑性，但未出现破坏。

经过对结构两个方向的大震静力弹塑性分析可得：结构整体和抗侧力构件的最大弹塑性变形值都小于规范规定的最大弹塑性变形值，结构在罕遇地震下的抗震性能满足防倒塌的设计目标；通过结构在大震下的变形和塑性铰出现位置和发展状态，可以确定现设计是安全的、抗震构造措施是适当的，同时局部位置塑性铰发展较为严重的构件需要改善其延性性能和配筋等以调节其抗震变形能力，尽量将其变形控制在生命安全范围以内。结构能满足6度设防及罕遇地震作用下弹塑性分析的D级抗震性能目标[4-5]。

8 结束语

综上所述，文章通过实际案例，阐明了抗震性能化设计的过程，依据建筑结构抗震设计的具体标准以及原则，使抗震结构同时具有实用性以及安全性，从而提高整个建筑物的稳定性以及使用时间，这样能在最大程度上保证人员的生命以及财产安全。