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摘要：文章以合建〔2019〕255號中對綠色建筑工程的抗震性能化設(shè)計(jì)要求進(jìn)行展開論述，分析了綠色建筑星級評價、關(guān)鍵構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法、抗震性能化設(shè)計(jì)要點(diǎn)、中震（大震）不屈服的設(shè)計(jì)參數(shù)取值及減隔震建筑的對比，采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)并適當(dāng)提高建筑的抗震性能指標(biāo)，完成合肥市房屋建筑工程項(xiàng)目的相關(guān)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：綠色建筑；關(guān)鍵構(gòu)件；抗震性能化設(shè)計(jì)；減隔震技術(shù)

0引言

近日合肥市建委印發(fā)了“合肥市城鄉(xiāng)建設(shè)局關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)全市房屋建筑工程抗震管理的通知”合建〔2019〕255號。對房屋建筑工程抗震管理作出了更明確的要求，其中二.(四)款對綠色建筑工程的性能化設(shè)計(jì)作出明確要求：“綠色建筑宜采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)并合理提高建筑的抗震性能。二星級綠色建筑，其關(guān)鍵構(gòu)件的抗震承載力應(yīng)不低于“中震不屈服”，豎向構(gòu)件的受剪截面應(yīng)滿足“中震截面限制條件”，或采取減震隔震技術(shù)。三星級綠色建筑，其關(guān)鍵構(gòu)件和普通豎向構(gòu)件的正截面承載力、耗能構(gòu)件的受剪承載力均應(yīng)不低于“中震不屈服”抗震性能水平，或采取減震隔震技術(shù)”。為了便于執(zhí)行上述規(guī)定，本文重點(diǎn)對一些概念和實(shí)施方法進(jìn)行論述，供設(shè)計(jì)參考。

1綠色建筑星級評價

在全壽命期內(nèi)，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用、高效的使用空間，最大限度地實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的高質(zhì)量建筑為綠色建筑。涉及建筑安全耐久、健康舒服、生活便利、資源節(jié)約（節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材）和環(huán)境宜居等方面的綜合性能。綠色建筑劃分為基本級、一星級、二星級、三星級四個等級。根據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》[1]（GB/T50378-2019）第4.2.1條規(guī)定：“采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)并合理提高建筑的抗震性能，評價分值為10分?！?.2.1條文說明中明確為：采用基于性能的抗震設(shè)計(jì)并適當(dāng)提高建筑的抗震性能指標(biāo)要求，如采用“中震不屈服”以上的性能目標(biāo)，或者為滿足使用功能而提出比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求更高的剛度要求等，可以提高建筑的抗震安全性及功能性；采用隔震、消能減震設(shè)計(jì)，是提高建筑物的設(shè)計(jì)類別或提高其抗震性能要求時的有效手段。可以看出綠色建筑工程基于性能的抗震設(shè)計(jì)要求與合建〔2019〕255號文較為一致，設(shè)計(jì)時對合肥地區(qū)的房屋建筑工程需按合建〔2019〕255號要求執(zhí)行。

2關(guān)鍵構(gòu)件、普通豎向構(gòu)件、耗能構(gòu)件

關(guān)鍵構(gòu)件：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[2]（JGJ3-2010）指該構(gòu)件的失效可能引起結(jié)構(gòu)的連續(xù)破壞或危及生命安全的嚴(yán)重破壞。在性能化設(shè)計(jì)時，通常將以下三類構(gòu)件設(shè)定為關(guān)鍵構(gòu)件:推遲結(jié)構(gòu)進(jìn)入屈服階段的構(gòu)件，如底部加強(qiáng)區(qū)核心筒剪力墻；二是可能引起較大內(nèi)力重分布的構(gòu)件，如抬柱梁；三是可能引起結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的構(gòu)件，如大懸挑桁架的弦桿和腹桿。關(guān)鍵構(gòu)件舉例及相應(yīng)最低性能水準(zhǔn)要求見表1。普通堅(jiān)向構(gòu)件：指“關(guān)鍵構(gòu)件”之外的其他豎向構(gòu)件。耗能構(gòu)件：一般框架梁、剪力墻連梁、偏心支撐的耗能梁、耗能支撐、耗能阻尼裝置等屬于耗能構(gòu)件。

3抗震性能化設(shè)計(jì)原則

抗震性能化設(shè)計(jì)是指預(yù)先設(shè)定具體量化的不同地震水準(zhǔn)下建筑的不同性能目標(biāo)(地震反應(yīng)和損傷程度)，通過深入的計(jì)算分析、試驗(yàn)等進(jìn)行論證，調(diào)整結(jié)構(gòu)布置，采取有針對性的加強(qiáng)措施，使得建筑結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)預(yù)期的性能目標(biāo)要求?？拐鹦阅芑O(shè)計(jì)可以滿足社會和業(yè)主對建筑抗震性能的多層次要求；可以解決由于采用現(xiàn)行規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中還未明確規(guī)定的新結(jié)構(gòu)體系、新技術(shù)、新材料帶來的設(shè)計(jì)依據(jù)缺失問題；對于超限高層建筑工程，由于其超出相關(guān)規(guī)范要求的抗震概念設(shè)計(jì)要求，需要通過性能化設(shè)計(jì)了解不同地震水準(zhǔn)下建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。抗震性能化設(shè)計(jì)基本原則如下：①抗震性能化設(shè)計(jì)是在我國規(guī)范“小震不壞、中震可修和大震不倒”的抗震設(shè)防準(zhǔn)則基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的設(shè)計(jì)方法，通過細(xì)化中、大震作用下的抗震設(shè)計(jì)，是對兩階段抗震設(shè)計(jì)方法的補(bǔ)充和完善。②抗震性能化設(shè)計(jì)主要目標(biāo)是提高結(jié)構(gòu)抗震安全度?？拐鸢踩润w現(xiàn)在以下方面:結(jié)構(gòu)具有合理的屈服機(jī)制和耗能機(jī)制；構(gòu)件在中、大震下具有相應(yīng)的抗震承載能力或損傷處于受控狀態(tài)；構(gòu)件變形控制在合理程度。③抗震性能化設(shè)計(jì)通過以下過程完成：建立符合實(shí)際情況的計(jì)算模型，進(jìn)行比較精細(xì)化的計(jì)算分析，選擇合理的設(shè)防目標(biāo)并加以復(fù)核驗(yàn)證，采取有針對性的對薄弱部位和環(huán)節(jié)的加強(qiáng)措施。在彈塑性分析前應(yīng)進(jìn)行符合實(shí)際的施工模擬分析。性反應(yīng)譜分析法。應(yīng)對計(jì)算結(jié)果的合理性、正確性進(jìn)行分析和判斷。⑤彈塑性計(jì)算模型應(yīng)采用得到試驗(yàn)驗(yàn)證的、國內(nèi)外公認(rèn)的材料層次、構(gòu)件層次以及結(jié)構(gòu)層次彈塑性模型。⑥結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型應(yīng)真實(shí)反映進(jìn)入非線性狀態(tài)后結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度的空間分布。所有的非線性反應(yīng)均應(yīng)考慮P-△效應(yīng)。⑦彈塑性計(jì)算需采用國內(nèi)外公認(rèn)的結(jié)構(gòu)彈塑性計(jì)算軟件。

4中震(大震)彈性、中震(大震)不屈服

結(jié)構(gòu)在中、大震作用下，由于部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)屈服，結(jié)構(gòu)的整體阻尼比和周期均增加，從加速度反應(yīng)譜曲線可以看出，結(jié)構(gòu)阻尼和周期的增加均會減小結(jié)構(gòu)的地震力。等效彈性分析方法通過增加阻尼比和折減連梁剛度的方法來近似考慮結(jié)構(gòu)阻尼的增加和結(jié)構(gòu)剛度的退化。為方便設(shè)計(jì)，中震和大震采用等效彈性方法計(jì)算豎向構(gòu)件及關(guān)鍵部位構(gòu)件的組合內(nèi)力，計(jì)算中適當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)阻尼比的增加以及剪力墻連梁剛度的折減。中震(大震)彈性、中震(大震)不屈服指在設(shè)防地震(罕遇地震)水準(zhǔn)下，通過等效彈性計(jì)算復(fù)核特定構(gòu)件承載力是否滿足彈性或不屈服狀態(tài)。中震(大震)彈性設(shè)計(jì):取消內(nèi)力調(diào)整系數(shù)但保留荷載分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)，材料強(qiáng)度按設(shè)計(jì)強(qiáng)度取值。構(gòu)件既在中震(大震)作用下處于彈性狀態(tài)，又保留了結(jié)構(gòu)的安全度和可靠度。中震(大震)不屈服設(shè)計(jì):取消內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，荷載分項(xiàng)系數(shù)、承載力抗震調(diào)整系數(shù)取為1.0，材料強(qiáng)度取標(biāo)準(zhǔn)值。構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到彈性狀態(tài)的極限狀態(tài)即將進(jìn)入屈服階段。表2為某超限高層等效彈性分析參數(shù)，可供參考。將等效彈性反應(yīng)譜法與時程分析法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，可驗(yàn)證等效彈性反應(yīng)譜計(jì)算模型中損傷位置構(gòu)件折減剛度取值的合理性。采用等效彈性反應(yīng)譜計(jì)算的底部地震剪力與彈塑性時程計(jì)算的底部剪力比值宜為1.0~1.2。彈塑性時程計(jì)算的底部地震剪力3條波時取最大值，7條波時取平均值。

5中、大震構(gòu)件承載力計(jì)算

按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）(2016年版）附錄M.1推薦的抗震性能設(shè)計(jì)的方法，結(jié)構(gòu)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)抗震性能要求可以從構(gòu)件承載力、變形能力和構(gòu)造的抗震等級三個方面來實(shí)現(xiàn)，軟件通過計(jì)算主要實(shí)現(xiàn)構(gòu)件承載力方面的性能設(shè)計(jì)要求。構(gòu)件承載力計(jì)算公式《抗規(guī)》及《高規(guī)》對比列于表3。對比《抗規(guī)》《高規(guī)》的構(gòu)件承載力計(jì)算公式可以發(fā)現(xiàn)兩者之間存在一定聯(lián)系，但無法嚴(yán)格對位，比如《抗規(guī)》采用的標(biāo)準(zhǔn)組合不考慮《高規(guī)》的0.4系數(shù)，《抗規(guī)》對于大震不屈服項(xiàng)采用材料強(qiáng)度極限值，而《高規(guī)》無論中震、大震，對不屈服項(xiàng)均采用材料標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。由于《抗規(guī)》性能設(shè)計(jì)可以分別對構(gòu)件的正、斜截面進(jìn)行性能類型指定，因此兩者之間有一定的相似性，以下列出一些相似的情況：①《抗規(guī)》中震斜截面彈性、正截面彈性≈《高規(guī)》普通構(gòu)件性能2；②《抗規(guī)》中震斜截面彈性、正截面不屈服≈《高規(guī)》普通構(gòu)件性能3；③《抗規(guī)》中震斜截面不屈服、正截面不屈服≈《高規(guī)》關(guān)鍵構(gòu)件能4。

6減震隔震技術(shù)

消能減震原理：在建筑結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置消能（阻尼）器，在地震作用下，消能器產(chǎn)生摩擦、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)彈塑（黏彈）性滯回變形來耗散或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)中的能量，以減少主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。常用的方法有四種：①增大阻尼比（阻尼法）；②延長結(jié)構(gòu)周期（隔震法）；③改變地震作用的分布（剛度法）；④以上方法的組合。減隔震技術(shù)對比見表4。

7結(jié)語

需要注意的是綠色建筑工程中的性能化設(shè)計(jì)要求較超限工程的設(shè)計(jì)不能等同，綠色建筑工程視綠建星級確定性能化目標(biāo)。而超限工程需根據(jù)抗震設(shè)防烈度、抗震設(shè)防分類、場地類別、超限項(xiàng)類型及超限程度、建造費(fèi)用、震后修復(fù)難易程度等根據(jù)《高規(guī)》或《抗規(guī)》有關(guān)性能化設(shè)計(jì)要求選定相應(yīng)的抗震性能目標(biāo)。綠色建筑的評價是對建筑全壽命期內(nèi)的建筑安全耐久、健康舒服、生活便利、資源節(jié)約和環(huán)境宜居等性能進(jìn)行綜合評價。綠色建筑以“四節(jié)一環(huán)?！睘榛炯s束，以“以人為本”為核心要求，對場地的風(fēng)、聲、光、熱環(huán)境應(yīng)加以組織和利用。對安全評分項(xiàng)的基于性能的抗震設(shè)計(jì)在合理和經(jīng)濟(jì)性上宜充分結(jié)合地方情況綜合確定。

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作者:閆新 孟磊 單位:煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 安徽省金田建筑設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司