基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计

黄清源

（江门市建筑设计工程有限公司　广东江门　529000）

建筑结构抗震设计是建筑工程的安全设计，只有强化建筑工程设计，提高其抗震性能才能确保建筑工程的安全，也才能确保建筑工程结构质量，从钢筋混凝土性质角度出发来深入剖析建筑钢筋混凝土结构抗震设计方法。

1　基于性能的钢筋混凝土抗震设计目标

建筑结构的抗震设计首先应该形成一个明确的目标，也就是建筑结构预期的抗震水平，对于钢筋混凝土建筑最基础是结构有着良好的屈伸、延展与变形、弹性能力，要精准地测算出超限度，对此则要集中于建筑物的功能、性能、重要性、抗震烈度等来全方位分析，根据目前的钢混建筑结构抗震的标准与规程，具体包括以下标准。

1.1　小震弹性

要求建筑结构层间位移、局部部件以及细微之处等都达到要求的抗震标准。

1.2　中震弹性

建筑结构构件的承载力达标，具体就是当地震发生时，在不考虑组合内力状态下进行系统调整依然合格。但是，其他系数，例如：材料分项系数等可以调节。

1.3　中震不屈服

遇到中等地震时，建筑工程的一些相对敏感、脆弱的环节承载力趋向于屈服状态，然而，其结构、构造等依然达到延展性标准，无局部脆裂受损。

1.4　大震不屈服

遇到高等级地震时，建筑的一些局部敏感、脆弱部位的承载力临近屈服，然而，其构造却达到延性指标，不存在脆弱受损问题。

1.5　层间位移性能目标

建筑物结构的性能水平一般包括四个阶段：①充分运行阶段（OP阶段）；②基本运行阶段（IO阶段）；③生命安全阶段（LS阶段）；④濒临倒塌阶段（CP阶段）。其中OP阶段就是地震中以及地震之后，建筑物的相关功能与局部等依然保持其原有功能，无论是结构还是非结构构件等仅有少许受损，建筑物结构没有任何变化；IO阶段，建筑物自身的结构、功能等保持稳定，建筑物的构件、其中的物品等都保持完好，或者局部受到破坏，但可以被修复。LS阶段则是指建筑物的基本结构、基础性功能等遭到破坏，而且不能被修复回归原状。CP阶段则指的是建筑物受到地震的严重破坏，发生了结构受损、坍塌，已经无法恢复原状。以下表1为钢混建筑结构层间位移性能目标分布。

表1　钢混建筑结构层间位移性能目标分布表

如果当前的建筑物结构达不到层间位移性能，然而，各个结构构件达到自身性能，则没有必要来抗震加固处理，相反，建筑结构达到了层间位移性能目标，单层大概90%的梁体、抗震墙抗弯度达到构件功能，大概95%以上的梁柱节点、抗震墙剪性等达到规定目标，则建筑物达到了一定的抗震能力。

2　基于钢筋混凝土性能的混凝土建筑结构抗震设计

2.1　设置高安全系数的多道抗震防线

对于地震这一复杂的地质灾难，由于对地震机理的理解与认知相对较浅，特别是强震发生时，由于技术有限，不能得到科学、有价值的数据、信息，也无法通过可靠模型来计算、剖析地震的强度、频谱特征等与建筑结构的关系，简单地按普通的荷载规律可靠度的方法无法满足抗震设计要求，与计算设计相比，概念设计则更有意义，所谓的概念设计就是参照地震灾害与建筑工程建设经验等遵循的设计原则，其中具体包括：结构设计、总体布局、抗震结构设计等，简单说就是本着趋利避害的思路来科学选择安全场地、回避危险区，并进行地基设计，再选择安全的抗震结构，具体体现为：建筑物形状规则、结构对称、设计抗震缝等，由此来形成多级抗震防线，而且要妥善、牢固地连接各个结构构件，而且要预防非结构构件的震害。通过设计若干条抗震防线，首道防线抗侧力构件失去作用时，随之的第2、3道防线则能有效抵抗地震危害，最常见的多防线结构为：框架+剪力墙结构，其中首道防线为：剪力墙结构，也就是说当剪力墙坍塌或开裂后，则需要框架承担其所带来的地震剪力。

2.2　基于性能的抗震设计

基于性能的钢筋混凝土建筑结构设计要有目标、有步骤，首先应明确当地震发生时，建筑物结构预期的性能，对于存在超限问题的建筑物则要根据其具体的结构形态、不规则度等来采取安全对策，从而来确保结构承载力、增强其延性变形能力等，可以尝试分等级设置抗震目标，例如：小震弹性、中震弹性、大震不屈服等几个标准。以此为基础来借助分析软件、分析模型等来获得骨架曲线。同时，要择取两条以上的场地人工波，5条实测地震波线，同时要在场地安全检测记录中来选出时程曲线，同时，对地震波加以调节，使其成为目标谱。

2.3　以位移为基础的钢筋混凝土结构抗震设计

在分析建筑物结构位移的前提下，同所设计的建筑物承载力设计法对比，此设计方法突破了传统设计模式与目标，具体体现在将位移转移至抗震设计的起始位置，将其设置为关键参数用于抗震设计，而且设计人员也要根据位移谱来算出特定条件下，建筑物位移的有效期，事实证明这一设计模式具有更好的可操作性。

2.4　能量法下的钢筋混凝土结构抗震设计

能量法下的抗震设计又称“假定法设计”，设计人员将来自于地震的能量假设为造成建筑结构受损与破坏的一大原因，认为地震发生时，向建筑物中所传输的能量，建筑物自身所消耗的能量等导致了建筑物内部结构与相关设备、设施等的受损、破坏。这一设计模式的优点体现在：能够更加准确、高效地估算出地震对建筑物结构所带来的影响，不足之处则体现在：计算与操作相对复杂、其中存在较多的不确定因素。

2.5　承载能力设计法

承载能力设计法是最常见的建筑结构抗震设计，通过参照反应谱来算出底端的剪力，按照特定规则，将地震分配至建筑整体结构中，并同普通荷载组合，提高结构的强度，确保建筑结构的各个环节都可以达到理想的承受载荷的能力，再进行变形验算。此承载力计算方便使用，局部细微环节设计相对安全、稳定、可靠。

3　总结

通过分析钢筋混凝土性能来对建筑结构实施抗震设计是未来的建筑工程防震设计的一大发展势头，它创造性地发展了传统的抗震技术，从建筑工程材料与结构出发，在剖析建筑自身材料性质的基础上来科学地进行设计，从而确保了建筑工程结构的抗震设计水平。

[1]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[S].中国建筑工业出版社，2010．[2]柳炳康，沈小璞，主编.工程结构抗震设计[M].武汉理工大学出版社，2005.

[3]李向北.基于性能的钢筋混凝土建筑结构标准抗震设计方法研究[J].中国标准化，2016（13）：117～118.

[4]国家标准建筑抗震规范管理组，编.《建筑工程抗震设防分类标准》和《建筑抗震设计规范》2008年修订统一培训教材[M].中国建筑工业出版社，2008.