基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法研究 李向北

发表时间:2016/9/23   来源:《工程建设标准化》2016年8月总第213期   作者:李向北
[导读] 建筑结构的抗震性能设计符合我国的法律法规以及国家标准,并符合业主的抗震性能目标,表明本次选择的性能目标是适宜的、安全的。

(中国瑞林工程技术有限公司,江西,南昌,330000)
  【摘  要】钢筋混凝土的建筑结构是目前建筑行业中使用范围最广的结构,在对钢筋混凝土建筑结构进行设计时,必须要加强建筑物的整体抗震性能。建筑物的抗震设计要从整体结构出发,加强结构的刚性和强度等性能的设计。本文参照国际上最新的抗震设计理念,并结合我国的在建筑结构抗震方面的法律法规和国家标准,制定出基于性能的钢筋混凝土建筑结构的抗震设计方法。
  【关键词】基于性能;钢筋混凝土;建筑结构;抗震设计
  钢筋和混凝土制成的建筑结构具有坚实、使用时间长、成本低以及防火效果好等优点,因此在建筑行业中被广泛的使用,但是这种建筑结构在地震时会出现结构扭转下现象,在建筑结构设计时,要着重注意抗震设计。基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计是在当今世界各国中使用范围比较广的设计思想,这种设计的性能能够依据业主的需求进行选择,对比采用不同的设计性能可以使建筑物达到不同的抗震能力。本文参照国际上最新的抗震设计理念,并结合我国的在建筑结构抗震方面的法律法规和国家标准,制定出适合我国建筑业的基于性能的钢筋混凝土建筑结构的抗震设计方法。
  1 基于性能的钢筋混凝土建筑结构的抗震设计方法
  1.1 基于性能的钢筋混凝土建筑结构的抗震设计目标
  在抗能的基础上进行抗震设计是以及建筑的使用途径以及抗震要求从而确定的抗震目标,依据不一样的抗震目标得出标准不一的抗震防范设计,让建筑物在地震时有着设计的抗震能力。在不同程度的地震中,设计不同建筑构件和相同建筑构件的不同抗震性能,从而使建筑结构达到计算估计的抗震效果。我国在以前提出的“小震不坏、中震可修、大震不倒”是我国建筑物结构应该达到的最基本的抗震性能。在进行抗震性能设计时,业主以及建筑物设计师应该相互沟通共同确定建筑物结构的抗震性能目标,确定在不同程度的地震中,建筑物结构的不同层次间变形的极限值,选取合适的抗震性能目标,在明确建筑物结构性能的目标之后对其进行抗震性能的分析,计算建筑物不同的构件的承载力以及建筑物结构的变形极限,如果计算结果得不到预期的性能目标,必须调节构件的截面积并重新分析抗震性能。本文依据我国的法律法规以及国家标准,提出了4种建筑物结构的性能标准。性能1是指在小震中,建筑物完好,中震中建筑物完好,大震中建筑物基本完好;性能2是指在小震中建筑物完好,中震中建筑物物基本完好,大震中建筑物被轻微或中等程度的破坏;性能3是指建筑物在小震中保持完好,中震中被轻微的破坏,大震中建筑物被中等程度的破坏;性能4是指建筑物在小震中保持完好,中震中被轻度或者中度的破坏,大震中建筑物能够保证不被严重破坏。
  1.2 性能目标对应的承载力计算
  在小震中,保证建筑物完好,结构的承载力采用常规的设计公式,设计时要包含风荷载,混凝土和钢筋采用设计值,设计时要考虑内力调整系数以及荷载的分项系数,承载力的计算公式为: (地震分项系数以竖向为主)。



  2 基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计的流程
  在确定抗震性能目标之后,则开始初步的建筑方案设计,并对方案进行计算分析,验证方案的可行性以及是否符合预计的抗震性能,如未达到要求,则需要进行修改和计算。基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计的流程见下图1.
  
  图1 基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计的流程图
  2.1 数据分析
  采用模型参数FEMA356分析或者经过数据的试验得到构件的骨架曲线以及构件恢复力的关系。构架的骨架曲线中必须要有单元线性的刚度以及构件屈服强度和构件屈服后的刚度特征,竖向的构件则需要考虑竖向荷载的影响。恢复力关系要包含构件的强度和刚度的退化现象。分析模型时要考虑到楼板以及钢筋的作用,并可靠的反应建筑物的构件的真实情况。
  2.2 地震波的选取和调整
  在动力、弹性以及塑性的分析过程中,选择地震的速度曲线时,要使用两条医生现场人工地震波和五条实际检测的地震波的一组地震曲线,需要选择在突出的周期、地震级别、地震中距离以及震源状况和建筑物结构的距离接近,并且要考虑双向地震波的影响。
  3 实例分析
  选取某一座位于南京市某住宅小区的高层建筑物,建筑物占用土地的面积为18346平方米,建筑物的总面积为242867平方米,地上有为38层的民用住宅,地下一层,建筑物的总高度为159米,建筑物的结构平面图见图2。
  
  图2 建筑物的结构平面图
  建筑物的结构采用钢筋与混凝土浇灌而成,建筑物的中心的剪力墙直接与地面接触,一些剪力墙在建筑物的转换层中采用梁式结构转变成框式支柱,框式的支柱均运用钢筋混凝土浇灌而成的结构。转换的梁式结构使用普通的钢筋,一些负荷大的梁则使用型钢混凝土梁结构。针对此建筑物在不同程度的地震中,提出不同的地震性能设计目标,性能等级为在多遇地震中保证建筑结构完好,设防烈震中保证建筑结构轻度或者中度破坏,在罕见地震中,建筑结构不被严重破坏,保证群众生命安全。并采用SATWE软件对地震中建筑结构的影响进行分析计算,采用Perform-3D软件对罕见地震中建筑结构的影响进行分析计算。经过计算,建筑结构的抗震性能设计符合我国的法律法规以及国家标准,并符合业主的抗震性能目标,表明本次选择的性能目标是适宜的、安全的。
  4 总结
  本文参照国际上最新的抗震设计思想,并结合我国的在建筑结构抗震方面的法律法规和国家标准,从建筑物整体结构出发进行抗震设计,并加强结构的刚性和强度等性能的设计,提出了基于性能的钢筋混凝土建筑结构的一套抗震设计方法。
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