抗震概念设计及抗震性能化设计

抗震概念设计及抗震性能化设计朱炳寅中国建筑设计研究院■抗震性能化设计部分回答以下问题：什么是抗震性能化设计性能化设计不神秘，大到整个工程，小到结构构件，都有性能化设计的问题，我们的楼梯安全岛的概念及其设计原则就是抗震性能化设计。为什么要进行抗震性能化设计抗震性能化设计与抗震概念设计的关系如何做好抗震性能化设计工作抗震性能化设计工作实例及分析第二部分：抗震性能化设计1.什么是抗震性能化设计1.1建筑抗震性能化设计就是：根据工程的具体情况，确定合理的抗震性能目标、采取恰当的计算和抗震措施，实现抗震性能目标的要求。抗震性能化设计的抗震设防目标不应低于规范的基本抗震性能目标。1.2抗震性能化设计的基本思路是：“高延性，低弹性承载力”或“低延性，高弹性承载力”。1.3提高结构或构件的抗震承载力和变形能力，都是提高结构抗震性能的有效途径，而仅提高抗震承载力需要以对地震作用的准确预测为基础。限于地震研究的现状，应以提高结构（局部）或构件的变形能力并同时提高抗震承载力作为抗震性能化设计的首选。1.4建筑的抗震性能化设计，以现有的抗震科学水平和经济条件为前提，立足于承载力和变形能力的综合考虑，具有很强的针对性（针对具体工程的不规则情况及特殊的使用功能要求等）和灵活性。1.5在复杂高层建筑及超限工程设计审查中经常提到结构的性能化设计问题，性能化设计是结构抗震设计的精髓。2.为什么要进行抗震性能化设计2.1多次大地震及特大地震的震害表明，由于城市的发展和城市人口密度的增加，城市设施复杂，经济生活节奏加快，地震灾害所引起的经济损失急剧增加，因此，以生命安全为抗震设防惟一目标的单一设防标准是不全面的，应考虑控制建筑和设施的地震破坏，保持地震时正常的生产、生活功能，减少地震对社会经济生活所带来的危害，有必要采用高于（或不低于）基本抗震设防目标的性能化设计方法。2.2建筑的平面和立面的复杂程度增加，按常规设计方法进行的抗震设计往往不能完全满足抗震设计要求。3.抗震性能化设计与抗震概念设计的关系3.1抗震性能化设计是解决复杂工程抗震设计问题的有效方法，也是抗震概念设计的集中体现。3.2抗震性能化设计贯穿于结构抗震设计的始终，其并不神秘。我们结构设计中的许多工作其实就是抗震性能设计的具体内容，此处举例说明如下：3.2.1《抗震规范》中的三水准设防目标，就是一种性能目标。明确要求大震下不发生危及生命的严重破坏即“大震不倒”，就是最基本的抗震性能目标。3.2.2对起疏散作用的楼梯，提出采取加强措施，使之成为“抗震安全岛”的要求，确保大震下能具有安全避难和逃生通道的具体目标和性能要求，这是对具体部位提出的满足地震时功能要求的抗震性能目标。3.2.3对特别不规则结构、复杂建筑结构，根据具体情况对抗侧力结构的水平构件和竖向构件提出相应的性能目标要求，提高结构或关键部位结构的抗震安全性。3.财2.块4对错芬层结扇构的必错层敢部位灰提出楚中震作承载赠力的怎设计垒要求沫。3.加2.树5对框粘支梁食及框项支柱坛按“玻中震秒”设雾计。池由于悬框支芹梁及富框支踩柱承察托上涛部结滤构，缎为重验要的甚结构挨构件鞋，因我此按苹“中弯震弹阴性“豆或“穷中震忘不屈胞服”赌设计晶。对都应的开性能贞目标肉就是阻在设岁防烈熔度地散震（声“中据震”规）作弦用下声，框豆支梁荒及框制支柱肌仍处锋于弹嘴性（受或不滚屈服差）状眼态。3.商2.蛮6重要顾结构贡的门务厅柱吊按“怖中震域”设确计。紫由于副门厅对柱数顶层通清高，丸且作驴为上蔬部楼腿层竖惯向荷俘载的要主要可支承翅构件按，属买于重梳要的心结构着构件共，因田此按尾“中糕震弹亚性”银或“棋中震千不屈翁服”每设计滚。对朱应的炎性能窜目标松就是狱在设门防烈金度地棉震（序“中彩震”亭）作个用下巩，门絮厅柱小仍处依于弹迷性（楼或不吗屈服广）状炊态。3.矩2.恢7对承柏受较穷大拉期力的蛋楼面今梁按锯“中扰震”荷设计耐。受明斜柱塔的影忆响楼亿面梁渗常承右受较或大水警平力辆，考崇虑钢阀筋混嫁凝土笑楼板幕开裂胳后承槐载能剖力的唯降低客，按姑“零接刚度鸽”楼热板假隐定并隆按“摇中震乖”设危计。跨当梁免承受盛的拉悟力较著大时旱，可剑考虑毒采用郊型钢咱混凝确土梁补、或镰钢梁加。3.旧2.橡8对特片别重挑要的抹结构跪，当趁采用光双重灰抗侧耕力结炭构时愚，如掉钢框境架-钢筋弄混凝悄土核慕心筒王结构舒中，堆对底幕部加图强部膀位的肌抗震嗽墙提险出截致面剪与压比刊限值玩要求严，按婚大震召剪力徒不超就过0.世15种fc武bw氏hw税03.如何块做好嗽抗震宇性能慎化设祸计工俭作3.武1抗震叔性能包化设恨计的铺路径轨如下弓：确定腿各地蛾震水逢准下居结构谅可接走受侧缠破坏士程度设定朗结构望的抗醋震性海能目袭标确定摘各个蹈地震殖水准圣下构机件的伪承载宗力、吴变形迅和细苍部构葡造的足具体础指标3.草2如何烤确定启结构牺的抗拒震性胸能目卖标3.肿2.锁1抗震厌性能搞目标遥应根坏据抗倦震设恩防类杏别、艳设防乳烈度塘、场泽地条乡丰件、咱结构研类型朵和不冠规则劈燕性，脉建筑呼使用稳功能汽和附唱属设前施功掩能的男要求伴、投钞资大穿小、餐震后办损坏貌和修感复难直易程界度等蛮，经推技术捐及经愉济可扎行性卸综合笼分析握和论减证后训确定设。3.料2.方2由于警房屋斗的重垫要性碧程度偶及建柳筑使亏用功镜能不反同，纺结构槐或结滥构部搏位及绕结构瓜构件苍的抗而震设钳防目私标也街不完俗全相米同，拨应根匪据具呈体情遍况采南取相柿应的驾抗震两措施3.杨2.役3针对元工程篇的需匀要和黎可能涛，可谱以对踏整个城结构葛，也凡可以框对某拉些部百位或叨关键搁构件越，灵学活运圾用各隔种措色施达丝式到预弱期的擦抗震坡性能去目标逝，以坊提高哥抗震竹安全货性或挡满足辆使用特功能条的专塌门要啦求。3.化2.展4鉴于象目前汇强烈岁地震筋下结锤构非咱线性牙分析萌方法梨的计丈算模服型及助参数增的选絮用，我尚缺文少从幅强震亡记录辆、设染计施插工资状料到间实际管震害哨的验掩证，票对结择构性茫能的份判断贯难以再十分嗽准确欲，因或此，慌性能块目标宝选用呢时宜窗偏于搜安全舅考虑蹈。图2-誓1抗震扎性能疼目标缎、承血载力默与延输性之裙间的乘关系3.篮2.屯5性能块目标1■结构报在设缩慧防烈透度地纱震下魔完好割并能肥正常躲使用奇（即深中震进弹性润或基具本弹确性）摔罕遇代地震滤作用味下能梢基本道完好熊，最料多只晨产生迎一些询不明堵显的得非弹枣性变叼形（暖图2-薯1中OA厚A′至OB隶B′之间摄），刺经检腐修后森可继政续使度用（象即大劫震基瞧本弹阿性或芦大震曲不屈直服）予。■某些既特别椅重要陶的建宪筑，厦需要帝结构描具有榜足够贩的承饮载力曲，从但而保己证其档在中踪蝶震、炸大震俭下始抗终处弱于基鸣本弹熊性状造态；厕也有旅一些誓建筑备虽然颂不特呆别重吼要，生但其斗设防岩烈度城较低翻（如6度）级或结滴构的殃地震葬反应睁较小岗，也登可以北保证筑其在垃中震专、大棒震下伏始终雀处于孕基本内弹性线状态吼。■申某些欢特别用不规站则的惯结构酸，业录主愿筹意付榆出经尽济代说价，棉也能骆使其雄在中送震、勿大震刮下始辞终处债于基蛾本弹恋性状括态。■对特抓殊工烧程及钱采用滨隔震贿、减垒震技暗术或幕低烈朽度设涨防且锦风荷垦载很漫大时炮，可挖对某画些关摆键构厌件提颜出此棚项性监能要闻求，麻其房辫屋的纵高度嘉和不男规则巴性一枝般不斤需要觉专门龟限制岂。■次结构混满足开大震诱下弹递性或峡基本笨弹性园设计拍要求忘，大努震下晓结构讯可不犹考虑鼻地震愚内力火调整总系数纤，但贿应采韵用作腾用分菊项系致数。■陕各构袋件的鱼细部汉抗震白构造四仅需器满足利最基妨本的雕构造迈要求羡（如辨采取凝抗震澡等级格为四镰级的及构造拆措施掠），微结构棵具有筒最基额本的啊延性烤性能货。3.松2.遗6性能剑目标2■结构刊构件葬在中霞震下孕完好朵，在两预期铺大震免下可摘能屈启服（万图2-泥1中OB神B′至OC战C′之间蛾）。■遵例如球：某6度设笨防的型钢筋批混凝摄土框图架-核心骡筒结脚构，拍其风坝力是悼小震翠的2.颠4倍，嘉在风批荷载颠作用折下的愁层间导位移最是小崭震的2.妇5倍。哥结构陡的层扎间位饱移和理所有北构件际的承恰载力薯均可甩满足择按中校震（凝不计宣风荷姑载效今应）叔的设指计要及求。炎考虑雾水平辟构件朱在大些震下榜的损许坏使吗刚度铲降低紫和阻每尼加泳大，窝竖向膀构件待的最扬小极舟限承跳载力延仍可纲满足仍大震梳下的艳验算带要求辽。因皱此，匀总体跪结构盈可达援到性凭能目牧标2的要题求。■结构鼓的薄晓弱部钢位或衔重要笔部位振构件眨的抗嘉震承茫载力参（正址截面铲承载傍力和渐抗剪模承载德力）坊满足泳大震吩弹性归设计旁要求惹。■艰整个弱结构归按非尘线性颤分析等计算装。■触允许连某些彼选定晶的部潜位接宫近屈吐服（换如部怕分受豪拉钢类筋屈时服）步，但百不发性生如桨剪切培等脆聚性破快坏。■炉各构蔬件的辅细部冈抗震惯构造损需满点足低夫延性初要求艰（相否当于脖混凝丑土结吊构中愉三级咱抗震命等级哀的构弱造要密求）缩慧。3.稿2.裁7性能愉目标3■在中垃震下这已有交轻微求塑性侍变形颗，大坟震下疫有明洲显塑截性变唱形（皱图2-净1中OC诊C′至OD眉D′之间穿）。3.鞠2.烟8性能芳目标4■在中畅震下车的损飘坏已疑大于寄性能丸目标3，结贵构总百体的正承载裁力略州高于早一般针情况禁（图2-女1中OD干D′至OE叙E′之间蛋）。■乓结构伯应进往行非侍线性龄分析谢。■参结构体的薄活弱部曲位或辰重要用部位帜构件行在大浴震下卡允许私达到额屈服碍阶段刑，但润满足霞选定夺的变牢形限睬值（受如除求框架拳结构夺以外派的混擦凝土傻结构笛，在聋大震辆下的采层间咬弹塑漂性变蜻形控管制在1/巩50春0~宫1/侧30忍0）。■露竖向医构件酒不发兽生剪本切等丽脆性巷破坏龄。■袭各构挣件的揉细部译抗震裤构造秆应满渗足高回延性环的要凭求（丙相当截于混胡凝土剩结构搬中一吗级抗傲震等陶级的充构造顶要求钟）。3.厅2.叠9性能垦目标5■对应似于图2-奴1中OE饶E′。■丈结构颂应进购行非景线性掠分析浇。■良结构搞的薄董弱部碍位或娇重要龄部位陷构件沸在大冒震下绞允许著达到伤屈服专阶段湿，满社足现造行规自范在夹大震澡下的兄弹塑测性变妄形要馒求。■加竖向赚构件值不发维生剪萌切等听脆性撞破坏卖。■世各构昨件的驳细部废抗震秋构造昼应满杆足特宪种延已性的晓要求属（相糊当于爷混凝挠土结泽构中洲特一魄级抗让震等启级的景构造雄要求进）。3.俭3确定妈中震伐或大跪震下墓的抗踩震性滚能水烤准为实晃现性舒能目库标要秃求，御需要高落实绪各个拦地震扭水准迅（中维震或殿大震绣）下瘦构件梨的承素载力斯、变泳形和桶细部渗构造岛的具合体指非标。3.经3.映1仅提切高承俩载力怎时，堵安全悟性有绢相应签的提权高，桂但使毅用上萄变形靠要求种不一绑定能毕满足扭；3.纷3.桌2仅提比高变迟形能志力，购则结私构在欠小震秩、中永震下盐的损策坏情圣况大孕致没更有改仆变，推但抵爷御大扎震倒愤塌的跑能力炉提高绍。3.汁3.矛3性能容化设屿计往丙往侧胁重于嘉通过皆提高出承载雾力，炮推迟袭结构碎进入茶塑性挎工作仪阶段间并减寇少塑倾性变安形，必进要时历还需少同时劲提高故刚度宰以满厅足使只用功欧能的绳变形齿要求扶，而货变形孟能力焰的要宗求可弄根据尼结构奴及其辣构件眨在中唤震、盲大震秀下进袋入弹辛塑性窝的程爪度加纳以调当整。3.屯3.笨4性能华设计葬寻求贱的是冤结构童或构悼件在族承载挎力及激变形绘能力隔的合匪理平负衡点：■面当承肯载能愤力提购高幅招度较培大时摊，可敞适当预降低狼延性悟要求滩；■隆而当每承载杠力水玻平提涝高幅诉度较求小时招，可风相应电提高倾结构蔽或构备件的妖延性靠（也刚即当猜延性月指标脾的实炊现有胜困难矛时，咳可通价过提艰高结饥构或暮构件化的承沙载力卸加以亭弥补祥；而重当提洞高结侨构或悬构件坑的承茶载力辽有困匪难时亭，可拍通过勤提高源结构捎或构科件的睬延性它加以掏弥补屈）。3.预3.肿5对各烧项性份能目弦标，黄结构论的楼好盖体拥系必葡须有渣足够征安全可的承骆载力嫁，以镇保证男结构潮的整槐体性批，一脊般应蝇使楼委板在称地震芳中基阅本处摆于弹鞭性状妻态，兽否则谊，应侦采取更适当倘的加钢强措兰施。3.景3.任6为避诞免发误生脆徐性破老坏，洁设计罢中应下控制浮混凝岩土结坚构构稿件的对受剪睡截面望面积悉，满盒足规岔范对冬剪压朱比的筹限值须要求撒。3.脖3.族7性能脑目标紧中的旋抗震某构造衬“基从本要肢求”殖相当靠于混脚凝土筐结构市中四率级抗猫震等趴级的翻构造犁要求协，低鼓、中炮、高搬和特颂种延奋性要支求，侦大致劈燕相当白于混锣凝土堆结构母中三昆、二济、一废和特挎一级当抗震睡等级统的构筑造要胁求。错考虑水地震烛作用玻的不萄确定宰性，仇对工繁程设乞计中壤的延伸性要豪求宜丑适当痰提高亚。4.抗震崭性能甚化设缴计工恶程实仿例及跌分析抗震熊性能取化设卫计可侮以是耀对全蚂工程认也可聚以是蒙对某馒一特呀殊构深件（谨高规邀第条薪要求泳，对困少量雹剪力亭墙的暖框架恳结构糕进行拒抗震狂性能侧化设婆计）抗震隔性能裂指标欺确定弦的一肉般原善则加表抗震康性能芦设计脂的常石见做猾法赌表表3.椒11损.3骆-1结构弹在中沃震和河大震登性能坟设计形要求4.出1大同架博物程馆工胞程抗戴震性风能化学设计剖与分萝析4.突2鄂尔杠多斯厚东方脆大厦鼻工程蓬抗震伞性能吧化设湖计与兰分析4.胜3昆山渗文化拉艺术相中心灾工程孕抗震砖性能木化设骂计与死分析4.兽4哈尔循滨华窃鸿工焦程抗桌震性享能化箩设计西与分感析4.性5武警疏老干体部活主动中百心工世程抗仰震性滔能化术设计死与分欧析4.絮6浦项是中心聋工程译抗震东性能萌化设员计与会分析4.嗽7新汶登矿业具集团豆研发采中心浆工程扰抗震遭性能量化设街计与似分析4.揭8劳动啄关系动学院介工程价抗震绸性能岭化设哗计与易分析4.袄9少墙胸框架旺结构限的抗凯震性建能化担设计亲与分凤析（P2驶10）大同业博物爪馆大同偿博物鞠馆通过蚁山西摇省抗拘震超谈限审泊查二层阴及夹森层平崖面连接东弱端部执大悬悬挑端部衰大悬抢挑沿曲犬线平孩面均望匀布羽置剪疤力墙剪力石墙间别距较帐大处贵补充滤单跨运框架阅计算屋顶偏平面不规败则（嗓不均揉匀、北不对慌称）镰的现盟象：曲线剃平面淹，相想互之束间连厉接弱迷，端秩部有次大悬改挑。抗震编概念醋设计艳工作溉：采用谊框架-剪力脸墙结饼构，叹沿曲港线平嘉面基维本均芽匀布章置剪离力墙纲，补岭充单顽跨框膀架计睛算，议适当年提高饺框架述的抗饺震等希级。关键羽部位射和楼棉层薄浩弱不蹈为采劣取适聪当加温强措划施。抗震决性能坦目标司：剪力济墙抗鉴剪满仍足中他震弹纯性要扭求，害抗弯病满足起中震采不屈碍服要饺求；浑大悬得挑梁叶满足槐中震喇弹性破要求项并考博虑竖亮向地匹震作改用。鄂尔盆多斯捏东方劝大厦通过戴内蒙日古抗律震超踏限审呜查北侧挂大洞西侧干大洞东侧接有洞大堂无楼营板楼板犯开大离洞，肃中筒怕与外坝框架吓，主敬楼与补裙房敬整体束性差裙房屑均匀梯布设糠剪力校墙，街减轻右裙房僵对主弊楼的廉依赖主楼呈跃层处柱按仓中震座弹性移设计沿，配洗筋不必小于恒相邻围不跃劫层柱裙房野顶上创一层甲以下得的中脾筒剪疏力墙责按中斩震（荡抗剪明弹性竞、抗闪弯不攻屈服汽）设遇计不规宫则（施不均蹲匀、篮不对教称）崇的现悦象：主楼病大堂炼二层止、三把层无弓楼板赏，裙塔房各骑层平燃面开躲大洞简。抗震善概念愁设计肚工作明：采用椒框架-剪力供墙结剑构，沟沿楼兽梯间警在裙尺房平众面均俱匀布昨置剪艺力墙删，减挂小裙庆房对馅主楼奥的依肚赖，下裙房滔特殊泪部位沟补充解单跨秀框架蚁计算慨。关键挥部位井和楼疯层薄材弱部抹位采担取适狗当加衰强措杠施。抗震筑性能杠目标愤：主楼存裙房杨顶以淹上一支层及黄其以伏下各简层，羡剪力逮墙抗导剪满梨足中娃震弹纵性要懂求，征抗弯忧满足继中震难不屈梨服要壶求；泄跃层饱柱按碑中震煌弹性置设计钉，配伯筋不植小于饮相邻偶不跃献层框虫架柱佣。哈尔小滨华纸鸿工由程南北介两区唐分别采通过怨黑龙诵江超番限审裤查南区位于哈尔攻滨市售南岗馋区总建威筑面延积约28万㎡地上35层，亭地下3层；美檐口妨高度11煌9.扯35贿m，最叨高点13垫0.宴05仗m。建筑以功能接为商辅业、捉住宅坝及公盆寓；三个蹄塔楼滑与裙勺房之湖间不傲设防敬震缝裙房阴典型单平面裙房叨典型骗平面塔楼1、3塔楼2抗震提等级多重奸情况裂：高位阅框支恒、裙戒房乙心类建成筑、蹲房屋获高度污超提声高一浮度后爸的限贺值等性能调设计泳目标北区塔楼裙房地下霜室顶吧结构弊平面浑图楼板掩开大巡寿洞二层区结构碰平面恰图螺旋荣楼梯三层趣平面破图螺旋号楼梯平面弱较完装整四层漏平面尚图平面味收进五层或平面冰图平面水多处曾开大济洞收躁进五层源夹层葬平面代图开大塞洞六层说平面微图平面智较完钩整游泳各池裙房跌顶层趣平面与图裙房火顶裙房滥以上慈平面中国查建筑禽设计繁研究盟院第量四结仍构设镇计研堪究室主裙箱楼分喷缝时跃主规楼不划规则尚判断主裙削楼分钉缝时什主成楼不熟规则质判断主裙知楼分同缝时吩裙楼希不规杆则判沙断中国烤建筑状设计帝研究费院第建四结包构设命计研屠究室主裙岗楼分雨缝时虚裙楼桂不规删则判贫断高度景及高周宽比玻指标高度验超B色级主裙幅楼不再分缝宏时百结顾构规患则性故指标4项不下规则主裙肃楼不移分缝黑时怖结是构规那则性押指标1项不年规则分缝煎/不旺分缝戒方案广对比性能搭设计鼓目标抗震呼等级高规丢第条严第4款规弯定：当框竟架部梯分承有受的意地震组倾覆乔力矩家大于俱结构糠总地民震倾筒覆力个矩的80膊%时，按框坦架-剪力睛墙结氧构进艘行设住计，但浓其最育大适镇用高商度宜荐按框马架结联构采驾用，牌框架俊部分戚的抗璃震等巴级和闯轴压遇比限据