陳俊 劉及進(jìn)

1. 重慶市設(shè)計(jì)院有限公司 重慶 400015；2. 中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司 重慶 400013

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，人民物質(zhì)生活文明的日益豐富，城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷加速，大家對(duì)建筑的功能的需求越來越高，各類大型綜合體急速涌現(xiàn)。為了能帶來更好的建筑空間體驗(yàn)感或視覺沖擊感，建筑師往往采用大懸挑、大開洞、樓層錯(cuò)層等構(gòu)造手法來提升建筑的實(shí)用性，這也使得建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性極可能超出現(xiàn)有規(guī)范體系的范圍，讓結(jié)構(gòu)成為特別不規(guī)則的超限建筑結(jié)構(gòu)[1]。隨著此類多層特別不規(guī)則建筑比例的增加，結(jié)構(gòu)工程師必須理解到規(guī)范體系和抗震性能化設(shè)計(jì)的對(duì)象及思路的異同。

1 現(xiàn)有規(guī)范的設(shè)計(jì)思路

現(xiàn)有規(guī)范體系采取的是三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)的性能水準(zhǔn)，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu)和一般不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)按照現(xiàn)有規(guī)范體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可以滿足結(jié)構(gòu)在遭遇到地震動(dòng)峰值加速度低于本地區(qū)設(shè)防烈度的峰值加速度時(shí)，即地震動(dòng)峰值加速度超越概率50年63.2%[2]，主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈性和二次結(jié)構(gòu)構(gòu)件無損壞；結(jié)構(gòu)在遭遇到地震動(dòng)峰值加速度和本地區(qū)設(shè)防烈度峰值加速度相當(dāng)?shù)卣鹱饔脮r(shí)，即地震動(dòng)峰值加速度50年超越概率10%，主體結(jié)構(gòu)不發(fā)生損壞或耗能區(qū)域輕微損壞，二次結(jié)構(gòu)有一定程度的損壞，經(jīng)過一定的修復(fù)，建筑結(jié)構(gòu)可以繼續(xù)服役；當(dāng)結(jié)構(gòu)在遭遇到地震動(dòng)峰值加速度高于本地區(qū)設(shè)防烈度峰值加速度時(shí)，即地震動(dòng)峰值加速度50年超越概率在2%～3%，主體結(jié)構(gòu)可能損壞嚴(yán)重，但是不能倒塌或發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，二次結(jié)構(gòu)可能破壞嚴(yán)重。

常規(guī)規(guī)則及一般不規(guī)則建筑，通過第一階段設(shè)計(jì)，建筑結(jié)構(gòu)就能滿足現(xiàn)有規(guī)范性能目標(biāo)，如果是特別不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)，則還需要進(jìn)行深入進(jìn)行第二階段彈塑性變形驗(yàn)算，針對(duì)強(qiáng)烈地震時(shí)易倒塌的結(jié)構(gòu)、有明顯薄弱點(diǎn)、易形成地震作用下的集中破壞的建筑，應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性分析，并采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施，才能保證建筑結(jié)構(gòu)在第三水準(zhǔn)的設(shè)防要求下可靠。

針對(duì)結(jié)構(gòu)體系而言，現(xiàn)有規(guī)范體系設(shè)計(jì)思路是首先從概念上保證結(jié)構(gòu)是規(guī)則的或趨于規(guī)則的建筑，規(guī)范主要通過限制周期比，位移比，層間位移角，樓層平面規(guī)則性，樓板完整性，剛度比，主要豎向構(gòu)件連續(xù)性，樓層承載力比等參數(shù)來保證概念上結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，讓建筑本身擁有對(duì)抗震有利的結(jié)構(gòu)布置，從而從前端去保證結(jié)構(gòu)在概念和體系上的安全可靠。

而針對(duì)結(jié)構(gòu)地震力計(jì)算而言，現(xiàn)有規(guī)范體系的抗震設(shè)計(jì)主要包括地震作用計(jì)算，地震作用調(diào)整，抗震構(gòu)造措施。1958年，劉恢先[3]首次將反應(yīng)譜理論應(yīng)用于我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)中，之后我國(guó)規(guī)范慢慢形成了以規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜為理論基礎(chǔ)的計(jì)算方法。規(guī)范設(shè)計(jì)反應(yīng)譜是根據(jù)大量地震記錄算出對(duì)應(yīng)于每一條地震記錄的反應(yīng)譜曲線，然后統(tǒng)計(jì)求出最有代表性的平均曲線，并繪制相對(duì)于重力加速度的單質(zhì)點(diǎn)絕對(duì)最大加速度與體系自振周期之間的關(guān)系而形成設(shè)計(jì)反應(yīng)譜地震影響系數(shù)曲線，地震作用調(diào)整則根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)高度等的不同，進(jìn)行強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎等的地震內(nèi)力調(diào)整；最后根據(jù)構(gòu)件類別和構(gòu)件本身對(duì)延性的需求，在構(gòu)造上對(duì)構(gòu)件進(jìn)行軸壓比、配筋率等的限制，保證相應(yīng)抗震等級(jí)的構(gòu)件具有足夠的抗震延性。

3 抗震性能化設(shè)計(jì)思路

規(guī)范[4]指出不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施；特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取特別的加強(qiáng)措施；嚴(yán)重不規(guī)則的建筑不應(yīng)采用。規(guī)則建筑及一般不規(guī)則建筑，通常按照三水準(zhǔn)和第一階段或簡(jiǎn)化的二階段設(shè)計(jì)就可以滿足規(guī)范的性能目標(biāo)，而針對(duì)特別不規(guī)則建筑結(jié)構(gòu)的專門研究，也就是第二階段的彈塑性設(shè)計(jì)，需要采用抗震性能化思路進(jìn)行第二階段深入的彈塑性分析計(jì)算和加強(qiáng)。除了特別不規(guī)則建筑，一些功能特別重要，在災(zāi)后承擔(dān)重要搶險(xiǎn)功能的建筑，也可以提出高于基本三水準(zhǔn)性能目標(biāo)的性能水準(zhǔn)，進(jìn)行抗震性能化設(shè)計(jì)。

抗震性能化設(shè)計(jì)思路與常規(guī)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)相比，有著實(shí)質(zhì)性的變化[5]。在性能設(shè)計(jì)時(shí)，所制定的性能目標(biāo)，不得低于規(guī)范要求的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)，西方國(guó)家早在在二十世紀(jì)末期紛紛對(duì)抗震結(jié)構(gòu)性能理論的法律法規(guī)重新進(jìn)行了完善[6]。抗震性能設(shè)計(jì)是解決復(fù)雜超限建筑的基本方法，建筑抗震性能化設(shè)計(jì)需要根據(jù)實(shí)際工程的具體情況，根據(jù)規(guī)則性從概念上判定出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，或通過小震反應(yīng)譜分析，初步判定出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，確定合理的抗震性能目標(biāo)，采取多軟件對(duì)比、彈塑性時(shí)程分析等手段確定加強(qiáng)構(gòu)造措施，實(shí)現(xiàn)最終預(yù)設(shè)的抗震性能目標(biāo)。

建筑結(jié)構(gòu)抗震性能分析的重點(diǎn)是深入的從概念設(shè)計(jì)和有限元軟件分析對(duì)工程進(jìn)行剖析判斷，找出結(jié)構(gòu)在地震作用下可能率先屈服或破壞的薄弱部位，設(shè)定性能目標(biāo)，有針對(duì)性地采取提高抗力、提高延性或轉(zhuǎn)移薄弱部位、增加局部體系超靜定等措施，有針對(duì)性的抗震加強(qiáng)并進(jìn)行數(shù)字模擬驗(yàn)證或結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證，再通過分析結(jié)果或試驗(yàn)結(jié)果對(duì)是否達(dá)到性能目標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證。

抗震性能化分析主要按以下思路進(jìn)行設(shè)計(jì)：

3.1 判定結(jié)構(gòu)不規(guī)則項(xiàng)

通過規(guī)范[4]3.4.3及其附錄進(jìn)行規(guī)則性判定，利用結(jié)構(gòu)概念及初步計(jì)算指標(biāo)，判定建筑是否屬于特別不規(guī)則的多層建筑，哪些部位存在規(guī)范認(rèn)定的不規(guī)則項(xiàng)，哪些部位可能存在地震作用中薄弱部位。

3.2 設(shè)定性能目標(biāo)

據(jù)場(chǎng)地條件、抗震設(shè)防類別、結(jié)構(gòu)形式，對(duì)特別不規(guī)則建筑設(shè)定性能目標(biāo)，性能目標(biāo)的設(shè)定可以根據(jù)建筑實(shí)際情況，對(duì)整棟建筑以及薄弱部位分別指定，對(duì)普通構(gòu)件和關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行區(qū)分。

厭食癥是指排除全身性和消化道器質(zhì)性疾病，以較長(zhǎng)時(shí)間的食欲減退或消失、食量減少甚至拒食為表現(xiàn)的病癥，是一種飲食行為異常，多發(fā)生于1～6歲兒童，城市發(fā)病率高于農(nóng)村[1]。長(zhǎng)期厭食會(huì)導(dǎo)致貧血、營(yíng)養(yǎng)不良、生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，并可造成機(jī)體免疫力下降，容易患其他疾病[2]。近年來，小兒厭食癥有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，本文從中西醫(yī)角度對(duì)本病的病因概述如下。

3.3 制定性能評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)構(gòu)分析得到結(jié)果僅僅是混凝土及鋼筋鋼材的損傷、應(yīng)變等數(shù)據(jù)，而建立這些數(shù)據(jù)與性能目標(biāo)之間的關(guān)系決定了對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，現(xiàn)階段一些學(xué)者也有了相當(dāng)?shù)难芯砍晒?，并?yīng)用于一些商用軟件中。

3.4 彈塑性分析

深入進(jìn)行小震彈性分析，采取靜力分析多模型、多程序的比較計(jì)算判定模型合理性，通過地震作用放大，構(gòu)造措施加強(qiáng)等進(jìn)行結(jié)構(gòu)小震或中震設(shè)計(jì)，利用小、中震設(shè)計(jì)形成帶配筋信息的模型成果，在大震彈塑性分析中進(jìn)行性能目標(biāo)驗(yàn)證，如若大震性能目標(biāo)沒有完成，則需重新有針對(duì)性地設(shè)置更高要求的加強(qiáng)措施。

3.5 針對(duì)構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)分析

模型層面的分析對(duì)節(jié)點(diǎn)層面而言均是采用的剛性假定，同時(shí)對(duì)于一些穿層柱，吊層柱等特殊構(gòu)件，無法做到精準(zhǔn)分析，因此對(duì)于概念分析中的薄弱構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)，還需要針對(duì)性進(jìn)行單構(gòu)件或單節(jié)點(diǎn)的分析，通過針對(duì)性專項(xiàng)分析結(jié)果，確認(rèn)加強(qiáng)措施及加強(qiáng)部位。

3.6 形成加強(qiáng)措施成果

通過上訴反復(fù)分析論證，形成抗震性能化分析的加強(qiáng)成果，指導(dǎo)施工圖設(shè)計(jì)及施工。

在抗震性能化設(shè)計(jì)的步驟中，抗震性能目標(biāo)的設(shè)定是十分關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)房屋安全及工程經(jīng)濟(jì)型均極為重要，結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)應(yīng)分析結(jié)構(gòu)方案的特殊性，選用適宜的結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)[7]，通常需要根據(jù)建筑功能，業(yè)主需求，抗震設(shè)防類別、場(chǎng)地條件、建造成本、震后損失和修復(fù)難易程度等因素綜合考慮，性能目標(biāo)選用時(shí)，一般征求業(yè)主和有關(guān)專家的意見。

4 常見規(guī)則性超限項(xiàng)的應(yīng)對(duì)措施

多層建筑結(jié)構(gòu)通常面臨的超限項(xiàng)有平面不規(guī)則、樓板不連續(xù)、豎向不規(guī)則以及承載突變，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，做到對(duì)癥下藥，要有針對(duì)性分析和針對(duì)性加強(qiáng)措施。

4.1 平面不規(guī)則

商業(yè)綜合體、交通樞紐等大型綜合體，因?yàn)榻ㄖδ?，?chǎng)地條件，流線組織等原因，常常會(huì)遇到平面不規(guī)則項(xiàng)，平面不規(guī)則包括結(jié)構(gòu)平面尺寸的凹進(jìn)和凸出，規(guī)定水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)位移比超限等。結(jié)構(gòu)工程師更希望結(jié)構(gòu)抗震單元是規(guī)則的平面，這樣更有利于抗震，當(dāng)然采取增設(shè)抗震縫的措施可以有效解決平面不規(guī)則項(xiàng)，但是增設(shè)抗震縫會(huì)導(dǎo)致屋面滲漏以及立面效果打折等建筑負(fù)面效果。此時(shí)為了保證建筑需求，結(jié)構(gòu)工程師則可能會(huì)選擇保留此超限項(xiàng)，而通過提高邊框剛度、增設(shè)剛度墻或剛度支撐來減少平面不規(guī)則帶來的影響，凹進(jìn)凸出處的樓板也通過樓板應(yīng)力分析來找出薄弱部位，并進(jìn)行針對(duì)性加強(qiáng)。

4.2 樓板不連續(xù)

樓板不連續(xù)是指樓板的尺寸和平面極具變化，如樓板開洞面積占比樓面面積較大或開洞寬度過寬，影響了結(jié)構(gòu)分析時(shí)的剛性樓板基本假定，此時(shí)樓板無法較均勻地分配地震力給各個(gè)結(jié)構(gòu)柱，同時(shí)其本身也會(huì)出現(xiàn)不同程度的變形，造成局部豎向構(gòu)件承擔(dān)過大地震力而成為薄弱部位。對(duì)此應(yīng)當(dāng)進(jìn)行中、大震樓板應(yīng)力分析，找出樓板薄弱部位，進(jìn)行樓板厚度加強(qiáng)及配筋加強(qiáng)。同時(shí)在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，應(yīng)該按實(shí)際樓板剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確?？箓?cè)力構(gòu)件分配的地震力和實(shí)際更為接近。

4.3 豎向不規(guī)則

豎向不規(guī)則項(xiàng)包括底部某樓層剛度較明顯地低于上部一層或上部幾層的平均值，或豎向構(gòu)件局部收進(jìn)過多，抑或豎向構(gòu)件不連續(xù)而形成轉(zhuǎn)換。此時(shí)極有可能在地震作用下造成局部樓層地震力突然增大，形成薄弱層。對(duì)此部分樓層應(yīng)該首先采取調(diào)整布置消除或減小豎向不規(guī)則程度，同時(shí)有針對(duì)性地分析，采取提高承載力如地震作用放大或提高延性，如抗震構(gòu)造措施加強(qiáng)的措施，保證薄弱層安全。豎向構(gòu)件不連續(xù)處還應(yīng)計(jì)算豎向地震作用，保證轉(zhuǎn)換構(gòu)件的安全。

4.4 承載力突變

承載力突變是指抗側(cè)力構(gòu)件結(jié)構(gòu)的層間收剪承載力小于相鄰上一樓層過多，而呈現(xiàn)出承載能力下小上大的不利情況。通常此類不規(guī)則項(xiàng)在實(shí)際工程中較為容易消除，如鋼筋混凝土構(gòu)件可以采取在計(jì)算配筋的基礎(chǔ)上增設(shè)鋼筋的措施，來達(dá)到對(duì)剛度影響較小的情況下增加某層的受剪承載力。

5 結(jié)束語

常規(guī)體系的建筑結(jié)構(gòu)按照三水準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果特別不規(guī)則的建筑也按照常規(guī)規(guī)范體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，則有可能無法保證結(jié)構(gòu)的安全。現(xiàn)今多層不規(guī)則建筑越來越多，針對(duì)此類特別不規(guī)則的建筑需要判定結(jié)構(gòu)不規(guī)則項(xiàng)，設(shè)定好性能目標(biāo)和性能評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，深入進(jìn)行彈塑性分析及節(jié)點(diǎn)專項(xiàng)分析，最后提出抗震加強(qiáng)措施，保證結(jié)構(gòu)性能水平不低于規(guī)范要求。針對(duì)各類不規(guī)則項(xiàng)，應(yīng)該做到對(duì)癥下藥，經(jīng)過針對(duì)性分析提出針對(duì)性措施。