孙树立
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摘要：我国是多地震的国家，高烈度区域分布较广，幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂需按乙类建筑的设防要求进行抗震设计。因此，学校建筑中对抗震设计及性能化设计的要求不断提高。以某学校工程为例，针对中、小学学校建筑框架结构中的小震弹性、中震不屈服、中震弹性的设计结果进行了详细的对比分析，并提出了相应的设计建议,以期为类似工程的性能设计提供参考。
关键词：学校建筑;?框架结构;?小震弹性;?中震不屈服;?中震弹性;
我国制定了三水准抗震设防目标和“二阶段”设计方法。三水准即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。“二阶段”设计方法：第一阶段设计是承载力验算，取第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，采用《建筑结构可靠性设计统一标准》GB 50068—2018规定的分项系数设计表达式进行结构构件的截面承载力抗震验算。对大多数的结构，可只进行第一阶段设计，通过与概念设计有关的内力调整放大和抗震构造措施来满足第二水准和第三水准宏观设计要求。第二阶段设计是弹塑性变形验算，对地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构及有专门要求的建筑，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。目前，我国现行的《建筑抗震设计规范》GB 50011—2010（以下简称“抗规”）及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3—2010（以下简称“高规”）对性能设计的性能目标、性能水准已经有了较为明确的界定，也提出了为实现不同性能水准的抗震设计方法。
1 小震作用下的内力分析
小震作用下，结构构件按弹性分析，框架结构尚需进行“强柱弱梁、强剪弱弯、嵌固端加强”等调整。在结构计算时，首先分别计算重力荷载标准值和地震荷载标准值作用下结构的内力标准值，各工况计算完成后按照抗规第5.4.1条进行荷载组合，然后再按照抗规第6.2节进行内力调整，抗震等级为特一级的根据高规第3.10节进行调整。
抗规第6.2.2条提到，一级的框架结构和9度的一级框架可不按公式（6.2.2-1）ΣMc=ηcΣMb计算，而按公式（6.2.2-2）ΣMc=1.2ΣMbua计算。在条文说明中解释到：对于一级框架结构和9度时的一级框架，明确只需按梁端实配抗震受弯承载力确定柱端弯矩设计值；即使按增大系数的方法比实配方法保守，也可不采用增大系数的方法。对于二、三级框架结构，也可按式（6.2.2-2）的梁端实配抗震受弯承载力确定柱端弯矩设计值，但式中的系数1.2可适当降低，如取1.1即可；这样，有可能比按内力增大系数即按式（6.2.2-1)调整的方法更经济、合理。为便于对比，对一级及特一级仍采用增大系数法进行分析。
2 中震作用下的内力分析
中震作用下，结构薄弱部位或关键构件按不屈服和弹性进行分析，高规第3.11.3条及抗规附录M.1.2条均介绍了中震的计算方法。其中中震不屈服设计时，大部分构件处于弹性的极限状态即将进入屈服阶段；中震弹性设计时，构件均处于弹性状态。中震作用下的地震动参数按设防烈度取值，抗规中未注明设防烈度的水平地震影响系数最大值，可查高规表4.3.7-1并推导出中震作用下内力放大系数。
3 小震、中震作用下转换后内力放大倍数对比
中震作用下的内力标准值为小震作用下的2.81～3.00倍左右，统一按2.83倍进行对比分析。
常用混凝土材料强度标准值约为设计值的1.4倍，常用钢筋材料强度标准值约为设计值的1.11～1.15倍，综合考虑材料强度标准值约为设计值的1.18倍（材料分项系数）
抗规第5.4.2条中，结构构件的截面抗震验算的计算公式为S≤R/γRE，式中：S为结构构件内力组合的设计值（弯矩、轴力、剪力设计值）；R为结构构件承载力设计值；γRE为承载力抗震调整系数。
经上述分析，经统一转换后的中震弹性的内力均大于中震不屈服。因此，可以认为中震不屈服设计是中震弹性设计的承载能力极限状态，而中震弹性设计较中震不屈服设计的抗震要求更严、有更多的安全储备，将需要更高的含钢量或更大的构件截面。
4 工程实例分析
福建省漳州地区某学校工程，位于“闽东燕山断坳带”东侧与闽东沿海变质带相接触的中部，主要经历了燕山期与喜玛拉雅二期构造运动，周边无全新活动断裂分布，场地构造条件稳定遭受的震害主要来自外围地区强震的波及，抗震设防烈度为8度0.2g，设计分组第三组，场地土类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.45s。
其中一栋艺术楼共4层19.2m高，首层为音乐、舞蹈教室，二层为篮球馆，篮球活动区域框架柱开间7.2m，跨度26.4m，层高8m，在4m高度处设有夹层，配合立面需要夹层处外围一圈设拉梁（篮球馆顶板设有预应力梁，未设置型钢柱）。《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223—2008规定，中学的教学用房，抗震设防类别应不低于重点设防类。再查抗规表6.1.2，按9度设计的框架结构抗震等级为一级，大跨度框架的抗震等级仍为一级。
教学楼之间通过横向单跨纵向多跨的连廊相连，连廊最高为5层。因抗规第6.1.5条规定，乙类建筑不应采用单跨框架结构，但采用框架-剪力墙结构试算分析所需的框架、剪力墙的截面尺寸偏大，不利于建筑布置，故仍采用框架结构体系，按中震计算复核并构造加强。
5 结论及建议
(1）二级框架结构的框架柱，中震不屈服的弯矩约为小震下的1.54倍，剪力约为小震下的1.18倍；中震弹性的弯矩约为小震下的1.88倍，剪力约为小震下的1.45倍。中震不屈服下剪力增加略小，故可选择中震抗弯不屈服抗剪弹性作为性能化设计目标，同时与小震计算结果进行包络。
(2）一级框架结构的框架柱，中震不屈服的弯矩约为小震下的1.36倍，剪力约为小震下的0.90倍；中震弹性的弯矩约为小震下的1.66倍，剪力约为小震下的1.10倍。中震不屈服下剪力反而变小，故可选择中震抗弯不屈服抗剪弹性或中震抗弯抗剪弹性作为性能化设计目标，与小震计算结果进行包络后，对抗剪予以加强。宜补充大震不倒验算。
(3）特一级框架结构的框架柱，中震不屈服的弯矩约为小震下的1.13倍，剪力约为小震下的0.63倍；中震弹性的弯矩约为小震下的1.39倍，剪力约为小震下的0.77倍。中震下的剪力明显小于小震下的剪力，已不具备作为性能化设计的目标，而规范中并未列出特一级框架结构的具体要求，故应选择抗震性能更好的框剪结构或剪力墙结构进一步进行性能化分析。
参考文献
[1]?建筑结构可靠性设计统一标准：GB 50068—2018[S].北京：中国建筑工业出版社，2019.
[2]?建筑抗震设计规范：GB 50011—2010(2016版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[3]高层建筑混凝土结构技术规程：JGJ 3—2010[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.