绿色建筑基于性能抗震设计要点探析

前言：本站为你精心整理了绿色建筑基于性能抗震设计要点探析范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。

摘要：文章以合建〔2019〕255号中对绿色建筑工程的抗震性能化设计要求进行展开论述，分析了绿色建筑星级评价、关键构件的设计方法、抗震性能化设计要点、中震（大震）不屈服的设计参数取值及减隔震建筑的对比，采用基于性能的抗震设计并适当提高建筑的抗震性能指标，完成合肥市房屋建筑工程项目的相关设计。

关键词：绿色建筑；关键构件；抗震性能化设计；减隔震技术

0引言

近日合肥市建委印发了“合肥市城乡建设局关于进一步加强全市房屋建筑工程抗震管理的通知”合建〔2019〕255号。对房屋建筑工程抗震管理作出了更明确的要求，其中二.(四)款对绿色建筑工程的性能化设计作出明确要求：“绿色建筑宜采用基于性能的抗震设计并合理提高建筑的抗震性能。二星级绿色建筑，其关键构件的抗震承载力应不低于“中震不屈服”，竖向构件的受剪截面应满足“中震截面限制条件”，或采取减震隔震技术。三星级绿色建筑，其关键构件和普通竖向构件的正截面承载力、耗能构件的受剪承载力均应不低于“中震不屈服”抗震性能水平，或采取减震隔震技术”。为了便于执行上述规定，本文重点对一些概念和实施方法进行论述，供设计参考。

1绿色建筑星级评价

在全寿命期内，节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用、高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑为绿色建筑。涉及建筑安全耐久、健康舒服、生活便利、资源节约（节地、节能、节水、节材）和环境宜居等方面的综合性能。绿色建筑划分为基本级、一星级、二星级、三星级四个等级。根据《绿色建筑评价标准》[1]（GB/T50378-2019）第4.2.1条规定：“采用基于性能的抗震设计并合理提高建筑的抗震性能，评价分值为10分。”4.2.1条文说明中明确为：采用基于性能的抗震设计并适当提高建筑的抗震性能指标要求，如采用“中震不屈服”以上的性能目标，或者为满足使用功能而提出比现行标准要求更高的刚度要求等，可以提高建筑的抗震安全性及功能性；采用隔震、消能减震设计，是提高建筑物的设计类别或提高其抗震性能要求时的有效手段。可以看出绿色建筑工程基于性能的抗震设计要求与合建〔2019〕255号文较为一致，设计时对合肥地区的房屋建筑工程需按合建〔2019〕255号要求执行。

2关键构件、普通竖向构件、耗能构件

关键构件：《高层建筑混凝土结构技术规程》[2]（JGJ3-2010）指该构件的失效可能引起结构的连续破坏或危及生命安全的严重破坏。在性能化设计时，通常将以下三类构件设定为关键构件:推迟结构进入屈服阶段的构件，如底部加强区核心筒剪力墙；二是可能引起较大内力重分布的构件，如抬柱梁；三是可能引起结构连续倒塌的构件，如大悬挑桁架的弦杆和腹杆。关键构件举例及相应最低性能水准要求见表1。普通坚向构件：指“关键构件”之外的其他竖向构件。耗能构件：一般框架梁、剪力墙连梁、偏心支撑的耗能梁、耗能支撑、耗能阻尼装置等属于耗能构件。

3抗震性能化设计原则

抗震性能化设计是指预先设定具体量化的不同地震水准下建筑的不同性能目标(地震反应和损伤程度)，通过深入的计算分析、试验等进行论证，调整结构布置，采取有针对性的加强措施，使得建筑结构满足设计预期的性能目标要求。抗震性能化设计可以满足社会和业主对建筑抗震性能的多层次要求；可以解决由于采用现行规范或标准中还未明确规定的新结构体系、新技术、新材料带来的设计依据缺失问题；对于超限高层建筑工程，由于其超出相关规范要求的抗震概念设计要求，需要通过性能化设计了解不同地震水准下建筑结构抗震性能。抗震性能化设计基本原则如下：①抗震性能化设计是在我国规范“小震不坏、中震可修和大震不倒”的抗震设防准则基础上，进一步提高建筑结构抗震能力的设计方法，通过细化中、大震作用下的抗震设计，是对两阶段抗震设计方法的补充和完善。②抗震性能化设计主要目标是提高结构抗震安全度。抗震安全度体现在以下方面:结构具有合理的屈服机制和耗能机制；构件在中、大震下具有相应的抗震承载能力或损伤处于受控状态；构件变形控制在合理程度。③抗震性能化设计通过以下过程完成：建立符合实际情况的计算模型，进行比较精细化的计算分析，选择合理的设防目标并加以复核验证，采取有针对性的对薄弱部位和环节的加强措施。在弹塑性分析前应进行符合实际的施工模拟分析。性反应谱分析法。应对计算结果的合理性、正确性进行分析和判断。⑤弹塑性计算模型应采用得到试验验证的、国内外公认的材料层次、构件层次以及结构层次弹塑性模型。⑥结构的计算模型应真实反映进入非线性状态后结构质量和刚度的空间分布。所有的非线性反应均应考虑P-△效应。⑦弹塑性计算需采用国内外公认的结构弹塑性计算软件。

4中震(大震)弹性、中震(大震)不屈服

结构在中、大震作用下，由于部分结构构件已经屈服，结构的整体阻尼比和周期均增加，从加速度反应谱曲线可以看出，结构阻尼和周期的增加均会减小结构的地震力。等效弹性分析方法通过增加阻尼比和折减连梁刚度的方法来近似考虑结构阻尼的增加和结构刚度的退化。为方便设计，中震和大震采用等效弹性方法计算竖向构件及关键部位构件的组合内力，计算中适当考虑结构阻尼比的增加以及剪力墙连梁刚度的折减。中震(大震)弹性、中震(大震)不屈服指在设防地震(罕遇地震)水准下，通过等效弹性计算复核特定构件承载力是否满足弹性或不屈服状态。中震(大震)弹性设计:取消内力调整系数但保留荷载分项系数、承载力抗震调整系数，材料强度按设计强度取值。构件既在中震(大震)作用下处于弹性状态，又保留了结构的安全度和可靠度。中震(大震)不屈服设计:取消内力调整系数，荷载分项系数、承载力抗震调整系数取为1.0，材料强度取标准值。构件已经达到弹性状态的极限状态即将进入屈服阶段。表2为某超限高层等效弹性分析参数，可供参考。将等效弹性反应谱法与时程分析法的计算结果进行比较，可验证等效弹性反应谱计算模型中损伤位置构件折减刚度取值的合理性。采用等效弹性反应谱计算的底部地震剪力与弹塑性时程计算的底部剪力比值宜为1.0~1.2。弹塑性时程计算的底部地震剪力3条波时取最大值，7条波时取平均值。

5中、大震构件承载力计算

按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）(2016年版）附录M.1推荐的抗震性能设计的方法，结构构件实现抗震性能要求可以从构件承载力、变形能力和构造的抗震等级三个方面来实现，软件通过计算主要实现构件承载力方面的性能设计要求。构件承载力计算公式《抗规》及《高规》对比列于表3。对比《抗规》《高规》的构件承载力计算公式可以发现两者之间存在一定联系，但无法严格对位，比如《抗规》采用的标准组合不考虑《高规》的0.4系数，《抗规》对于大震不屈服项采用材料强度极限值，而《高规》无论中震、大震，对不屈服项均采用材料标准值计算。由于《抗规》性能设计可以分别对构件的正、斜截面进行性能类型指定，因此两者之间有一定的相似性，以下列出一些相似的情况：①《抗规》中震斜截面弹性、正截面弹性≈《高规》普通构件性能2；②《抗规》中震斜截面弹性、正截面不屈服≈《高规》普通构件性能3；③《抗规》中震斜截面不屈服、正截面不屈服≈《高规》关键构件能4。

6减震隔震技术

消能减震原理：在建筑结构的某些部位设置消能（阻尼）器，在地震作用下，消能器产生摩擦、弯曲、剪切、扭转弹塑（黏弹）性滞回变形来耗散或吸收地震输入结构中的能量，以减少主体结构的地震反应。常用的方法有四种：①增大阻尼比（阻尼法）；②延长结构周期（隔震法）；③改变地震作用的分布（刚度法）；④以上方法的组合。减隔震技术对比见表4。

7结语

需要注意的是绿色建筑工程中的性能化设计要求较超限工程的设计不能等同，绿色建筑工程视绿建星级确定性能化目标。而超限工程需根据抗震设防烈度、抗震设防分类、场地类别、超限项类型及超限程度、建造费用、震后修复难易程度等根据《高规》或《抗规》有关性能化设计要求选定相应的抗震性能目标。绿色建筑的评价是对建筑全寿命期内的建筑安全耐久、健康舒服、生活便利、资源节约和环境宜居等性能进行综合评价。绿色建筑以“四节一环保”为基本约束，以“以人为本”为核心要求，对场地的风、声、光、热环境应加以组织和利用。对安全评分项的基于性能的抗震设计在合理和经济性上宜充分结合地方情况综合确定。

参考文献

[1]GB/T50378-2019,绿色建筑评价标准、[S].

[2]JGJ3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].[3]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].

[4]中国建筑西南设计研究院有限公司.结构设计统一技术措施[M].北京:中国建筑工业出版社,2020.

[5]王亚勇.国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)疑问解答(三)[J].建筑结构,2011,41(02):137-141.

[6]孟磊.某超高层双塔建筑结构的抗震性能化设计[J].建筑结构,2020,50(S1):435-439.

作者:闫新 孟磊 单位:煤炭工业合肥设计研究院有限责任公司 安徽省金田建筑设计咨询有限责任公司