王春燕
广东华方工程设计有限公司 广东东莞 523000
摘要：钢筋混凝土结构在现代建筑中应用范围十分广泛，并推动了高层建筑的设计和建造不断成为现实。对于地震多发地区，在建筑结构设计过程中必须充分考虑抗震功能的重要性。本文首先对基于性能的抗震设计方法进行简单讨论。接着，以某超高层建筑的钢筋混凝土塔楼结构为例，对如何实现该结构的抗震性能进行了分析和研究。结果表明，基于性能的抗震设计方法适合该工程的实际情况，多效性能指标符合建筑国家标准。
关键词：建筑结构设计；抗震设计；抗震性能；超高层建筑
抗震设计是建筑结构设计的重要内容。在建筑结构抗震设计中，欧美发达国家使用较为广泛的是基于性能的抗震设计方法，业主可以根据自身的抗震需求选择抗震设计的等级；新材料、新技术在通过论证后可以根据业主需求纳入建筑结构设计。尤其是对于超高层建筑结构设计，基于性能的抗震设计方法能够保证在可能的强震条件下，建筑也不会产生比预期更加恶劣的毁损。接下来，本文将对钢筋混凝土建筑结构基于性能的抗震设计方法进行分析和讨论，希望对提升钢筋混凝土建筑结构抗震性能有积极的参考价值。
1、基于性能的抗震设计方法
1.1抗震性能目标设定和选用
在进行抗震结构设计时，需要确定建筑的预期性能水平。对于钢筋混凝土建筑而言，为了确保其结构的延性变形能力，需要对其超限程度进行精确测量。在这个过程中，业主需要对建筑物的功能目标、重要性、震设防烈度等进行综合考量。结合我国钢筋混凝土建筑结构抗震规范，本文提出了5种性能水准，依次为：小震弹性、中震弹性、中震不屈服、大震不屈服、大震可屈服。
（1）小震弹性。层间位移、抗震承载力、构件及其细部抗震构造均符合规范。
（2）中震弹性。结构构件承载力在忽略地震组合内力调整系数时符合规范。然而，防线增大系数、材料分项系数以及荷载作用分项系数应该具备适当调整功能。
（3）中震不屈服。在中震作用下，建筑结构的薄弱部位承载力接近屈服，但抗震构造符合延性标准，不会发生脆性破坏。
（4）大震不屈服。在大震作用下，建筑结构的薄弱部位承载力接近屈服，但抗震构造符合延性标准，不会发生脆性破坏。
（5）大震可屈服。在大震作用下，细部抗震构造符合延性标准，竖向构件无脆性破坏现象。然而，允许结构局部构件达到屈服。
1.2不同地震作用下设计性能计算
（1）小震作用下的结构构件性能分析表达式
根据弹性反应谱分析，运用式（1）计算构件承载力组合：
其中，γv表示强剪弱弯调整系数，在不同复核情形下取值有差异。
2、结构构件抗震性能目标的实现
在进行抗震结构设计时，应该根据工程的实际情况计算抗震性能.接下来，本文将以某钢筋混凝土框支剪力墙抗震超限结构为例，对如何确定性能目标进行讨论。
2.1工程基本情况
该工程位于市中心，占地面积为7592㎡，建筑面积为35482㎡，其中地下部分6487㎡，地上部分28995㎡。地面建筑共52层，其中1-4层为商业用层，6-52层为住宅用层，地下结构5层，转换层位于5层。建筑地下部分22m，地面总高度162m，按照现行建筑标准，为超高层建筑。工程转换层平面如图1所示。
图1 转换层结构平面图
2.2结构体系
在设计建筑塔楼时，拟运用现浇钢筋混凝土部分框支剪力墙结构。其中，部分剪力墙直接落地，另外一部分则在第4层转换为框支柱。框支框架结构中采用的框支柱钢管直径为1000m和1100m这两类，分别对应不同的受力部分。转换梁则使用一般钢筋混凝土梁，然而也会根据受力大小设置钢骨和型钢。
2.3超限情况
其一，按照现行的B级高度钢筋混凝土适用规则，塔楼框支剪力墙结构城市的最高限度为120m，而地面建筑的主体高度为162米，高度超限42m。其二，转换层的竖向抗侧力构件有部分不连续，影响建筑的竖向抗震功能。其三，转换层X向、Y向的层间受剪承载力低于规范的80%，仅为其上一层的73%。其四，按照规划，转换层的重量应该不低于其上层的150%，而其实际重量超过了上一层的290%。其五，按照规范，凹进一侧尺寸不超过其对应的投影方向总尺寸的30%，而该值实际是32.4%。
2.4性能目标的确定
在不同的地震等级下，塔楼应该具备不同的抗震性能。如表1所示，按照罕遇地震（重现周期为50年）、设防烈度（重现周期为475年）和多遇地震（重现周期为2475年）这3个不同的地震烈度，在进行塔楼结构设计时，需要确定相应的抗震性能预期。
表1 性能目标的确定
2.5结构分析结果
如表2所示，按照本文所讨论的计算方法，对不同地震烈度的基底剪力（kN）、倾覆弯矩（kN?m）、顶点位移（mm）、最大层间位移角、最大层间位移角（45°及135°地震作用下）等进行计算和对比。在大震作用下，建筑的基地剪力比（多遇∶设防∶罕遇）在X向、Y向分别为1：2.47∶4.09、1：2.32：4.53，符合抗震性能要求。另外，倾覆弯矩比（多遇∶设防∶罕遇）、顶点位移比（多遇∶设防∶罕遇）、最大层间位移角比（多遇∶设防∶罕遇）也符合建筑抗震性能目标。即使是在135°地震作用下，建筑最大层间位移角为1/553，对建筑对冲击在可承受范围内。可见，抗震结构分析结果较为理想。
表2 大震作用下结构主要计算结果对比
受力方向X向Y向
3、结论
从计算结果可知，最大层间位移角等结构性能符合表1所规定的性能目标，塔楼结构设计的构件性能符合国家建筑标准规范。这表明，本文所讨论的抗震设计方法符合该工程的实际情况.然而，需要指出的是，在将本方法运用于其他工程结构设计时，仍然需要对工程具体情况进行分析，确保计算结果精确可靠。
考文献：
[1]孙玉平，赵世春，叶列平.中日钢筋混凝土结构抗震设计方法比较[J].建筑结构，2011，05：13-19+32.
[2]曲哲，叶列平.基于损伤机制控制的钢筋混凝土结构抗震设计方法研究[J].建筑结构学报，2011，10：21-29.
[3]金韩彪.钢筋混凝土建筑结构抗震设计[J].江西建材，2014，21：40.
论文作者:王春燕
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/27
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