性能化設(shè)計建筑抗震論文
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基于性能的抗震設(shè)計首先需要根據(jù)地震水準(zhǔn)確定性能目標(biāo)，地震動水準(zhǔn)可選用規(guī)范的多遇地震、設(shè)防地震和罕遇地震的地震作用影響最大值，比如當(dāng)抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震基本加速度為0.15g時，多遇地震、設(shè)防地震和罕遇地震影響系數(shù)最大值分別為0.12，0.34，0.72。性能目標(biāo)依據(jù)地震時建筑允許破壞的程度，可不拘泥于計算數(shù)值，但不應(yīng)低于抗震三水準(zhǔn)?？拐鹦阅芩疁?zhǔn)根據(jù)高規(guī)分為5個水準(zhǔn)，性能目標(biāo)1承載力要求最高，延性最低，性能目標(biāo)5承載力要求最低，延性要求最高?？拐鹦阅芡ㄟ^承載力和變形雙重控制，以抗震承載力為主，層間彈塑性變形為輔，可以采用層間位移變形來反應(yīng)破壞程度，性能化設(shè)計尋求在承載力和變形能力中尋找合理平衡點。下面通過抗震性能化設(shè)計的實例講述設(shè)計目標(biāo)實現(xiàn)過程。
2抗震性能化設(shè)計的實例
2.1工程概況
本工程位于內(nèi)蒙古烏海市烏達(dá)區(qū)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)，本單項為內(nèi)蒙古東源科技有限公司年產(chǎn)72萬噸/年電石項目3#配料站，建筑高度23.2m，該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計基本地震加速0.2g，建筑物安全等級為二級，建筑物設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類別，結(jié)構(gòu)抗震等級為二級，設(shè)計使用年限為50年，建筑物場地類別為Ⅱ類，基本風(fēng)壓為0.75kN/m2，地面粗糙度為B類。本工程特殊之處在于全廠物料運輸樞紐，連接三條鋼棧橋，其中一條棧橋在19.1m層樓面處，10.000m-16.200m為石灰和碳材料倉，共約840m3，料倉的跨高比小于2.5，本結(jié)構(gòu)層具有較大質(zhì)量，收進(jìn)約30%的情況下仍是下層質(zhì)量的1.2倍。
2.2本工程超限情況
本工程超限情況如下：
①扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，在規(guī)定水平力下考慮偶然偏心Y方向最大層間位移與平均層間位移的比值：1.32。
②豎向剛度不規(guī)則，局部收進(jìn)水平尺寸大于相鄰下一層的25%。綜合判定屬于特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)。
2.3抗震性能目標(biāo)設(shè)定
由于本項目的超限情況和全廠的重要性，除按照規(guī)范的要求及目標(biāo)進(jìn)行計算和設(shè)計外，提出了基于性能的抗震設(shè)計。綜合考慮抗震設(shè)防類別，場地條件和結(jié)構(gòu)的特殊性，震后損失和修復(fù)的難易程度，確定結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)為D級。在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)能做到完好無損，不需修理即可繼續(xù)使用（性能水準(zhǔn)1級），在設(shè)防烈度地震作用下結(jié)構(gòu)只有中等破壞，修復(fù)后可繼續(xù)使用，（性能水準(zhǔn)4），在預(yù)估的罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)損壞比較嚴(yán)重，需排險大修，但不倒塌（性能水準(zhǔn)5）。具體抗震性能目標(biāo)。
2.4小震彈性計算結(jié)構(gòu)及分析
小震彈性計算按照正常設(shè)計，采用整體建模，考慮偶然偏心，雙向地震，扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)，及施工模擬，在抗震規(guī)范規(guī)定的地震影響系數(shù)曲線下，多遇地震標(biāo)準(zhǔn)值作用下樓層最大水平位移與層高之比小于1/550。作用組合的效應(yīng)設(shè)計值按照1.2（DL+0.8LL）+1.3SEhk組合下抗震承載力滿足彈性。（本工程重力荷載代表值的可變荷載組合系數(shù)0.8）構(gòu)件配筋無超筋現(xiàn)象，軸壓比，梁混凝土的相對受壓區(qū)高度均能符合我國規(guī)范要求。
2.5中震計算結(jié)構(gòu)及分析
按照“中震可修”的原則：和本工程的特點。需要對中震作用下主要抗側(cè)力構(gòu)件的承載力進(jìn)行復(fù)核，以便確定其能達(dá)到設(shè)定的性能指標(biāo)。取其中一個關(guān)鍵構(gòu)件驗算內(nèi)容及結(jié)果如下：由于結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，采用pushover推覆分析法，驗算在1.0D+0.8L+1.0SEhk工況下的受力情況，其中一個料倉下的框架柱驗算正截面結(jié)果如表2，其中材料強度取標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)結(jié)果顯示承載力滿足設(shè)計要求。在設(shè)防地震標(biāo)準(zhǔn)值作用下，樓層最大水平位移與層高之比最大為1/170，也在規(guī)范要求3~4倍的[Δue]區(qū)間內(nèi)，地震破壞等級可滿足要求。
2.6大震計算結(jié)果及分析
按照性能化設(shè)計，罕遇地震作用下，按照彈塑性分析和SATWE軟件對等效彈性計算，取結(jié)果較大值，關(guān)鍵構(gòu)件的抗震承載力不屈服，允許較多豎向構(gòu)件（40%）進(jìn)入屈服階段，關(guān)鍵構(gòu)件的驗算方法與中震驗算方法相同，結(jié)果宜滿足設(shè)計要求。性能水準(zhǔn)5允許部分框架梁發(fā)生嚴(yán)重破壞，鋼筋混凝土豎向構(gòu)件的受剪截面應(yīng)符合式VGE+V*EK燮0.15fckbh0。取其中一個關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行斜截面承載力驗算結(jié)果，其中材料強度取標(biāo)準(zhǔn)值。在預(yù)估的罕遇地震標(biāo)準(zhǔn)值作用下，樓層最大水平位移與層高之比最大為1/63，規(guī)范要求小于[Δup]，在此范圍內(nèi)，表面結(jié)構(gòu)整體不會倒塌。
2.7工程結(jié)論
綜上所述，本工程通過性能設(shè)計及彈塑性時程分析，計算結(jié)果表明本工程各項指標(biāo)達(dá)到預(yù)定的抗震性能目標(biāo)，所選結(jié)構(gòu)體系合理、安全、可靠，能滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)計要求。
3結(jié)語
本文綜合實例總結(jié)了復(fù)雜工業(yè)建筑性能化設(shè)計目標(biāo)選取及實現(xiàn)方法。按照高規(guī)的規(guī)定可以比較全面地把握結(jié)構(gòu)在各地震水準(zhǔn)下的性態(tài)指標(biāo)，確保不同抗震性能目標(biāo)下結(jié)構(gòu)的承載能力及延性需求。為其他建筑的抗震設(shè)計提供參考和借鑒。
作者：劉琪 單位：新疆化工設(shè)計研究院有限責(zé)任公司
