鄒德宏

（浙江華展工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，浙江寧波315000）

1 引言

寧波市第一醫(yī)院原地?cái)U(kuò)建暨國(guó)際醫(yī)療保健中心，地上23 層，建筑面積為43 350m2，地下3 層，建筑面積為11 916m2，建筑總高度為84m。本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50 年，抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，建筑場(chǎng)地為4 類。

2 結(jié)構(gòu)抗震性能水平和目標(biāo)

2.1 地震設(shè)防水準(zhǔn)

地震設(shè)防水準(zhǔn)決定了結(jié)構(gòu)的抗震能力。所以在進(jìn)行地震設(shè)防水準(zhǔn)設(shè)置時(shí)，需要考慮預(yù)期內(nèi)的設(shè)防目標(biāo)。受多種因素影響，目前國(guó)內(nèi)外的地震設(shè)防水準(zhǔn)差異性較大。我國(guó)頒布的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》以50 年為基準(zhǔn)期，將基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率63%的地震稱為小震，重復(fù)期為50 年；超越概率10%的地震稱為中震，重復(fù)期為475 年；超越概率2.5%的地震稱為大震，重復(fù)期為2 000 年。重復(fù)期RP 的計(jì)算公式如下：

式中，RP 為重復(fù)期限；P為T(mén)年內(nèi)烈度超過(guò)給定烈度的超越概率；T為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期。

2.2 性能水平

建筑工程的抗震能力與結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量有關(guān)，建筑工程內(nèi)部設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的某一地震作用水準(zhǔn)下預(yù)期達(dá)到的破壞程度。我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)性能分為正常使用、暫停使用、修復(fù)后使用、生命安全、防止倒塌5 個(gè)等級(jí)，所對(duì)應(yīng)的破壞程度分別為完好、輕微破壞、中度破壞、不嚴(yán)重破壞、嚴(yán)重破壞。

2.3 性能目標(biāo)

結(jié)構(gòu)性能研究的是不同地震水準(zhǔn)預(yù)期損壞狀況或使用功能。我國(guó)現(xiàn)行抗震規(guī)范要求建筑物主體結(jié)構(gòu)性能的基本設(shè)防目標(biāo)為“小震不壞、中震可修、大震不倒”。不同類別建筑物其對(duì)應(yīng)的性能目標(biāo)不同。比甲類建筑更重要的建筑采用的是最高性能目標(biāo)，即要求建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件即使在預(yù)期罕見(jiàn)地震下也可以基本保持彈性狀態(tài)；甲類建筑物采用的是較高目標(biāo)，即要求建筑構(gòu)件在設(shè)防地震下可以保持完好；乙類建筑物為中等性能目標(biāo)，要求建筑物在設(shè)防地震下有輕微的塑性變形；對(duì)于丙類建筑物其性能目標(biāo)為基本目標(biāo)，要求在設(shè)防地震下?lián)p壞大于性能，遇到罕見(jiàn)地震處于倒塌邊緣。

3 工程項(xiàng)目抗震性能設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目為新建手術(shù)及病房中心，在抗震救災(zāi)中具有保障生命線的重要作用。為了確保在震災(zāi)中能承擔(dān)起救災(zāi)醫(yī)療任務(wù)的使命，要求該建筑當(dāng)遭受低于抗震設(shè)防烈度6 度影響時(shí)，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需要修復(fù)可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受相當(dāng)于6 度設(shè)防烈度地震影響時(shí)，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用；當(dāng)遭受高于6 度設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。也即“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)。

4 工程項(xiàng)目抗震性能設(shè)計(jì)

工程項(xiàng)目抗震性能設(shè)計(jì)包括：

1）中央核心筒在各方向上具有較大的抗側(cè)剛度，是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件，在多遇地震作用下，結(jié)構(gòu)整體處于彈性狀態(tài)，核心筒承受大部分地震剪力，達(dá)到總剪力的X向77.6%，Y向78.6%。經(jīng)彈塑性靜力分析，在罕遇地震作用下，筒體開(kāi)裂，并先于框架屈服，其抗側(cè)剛度降低，所承擔(dān)的剪力比例有所減小。因此在設(shè)計(jì)中，采取適當(dāng)加大外框架柱的配筋，以充分發(fā)揮框架-核心筒的多道抗震防線。

2）在罕遇地震作用下核心筒屈服程度過(guò)大，對(duì)結(jié)構(gòu)整體變形和抗震極為不利，應(yīng)盡量避免核心筒過(guò)早屈服。因此，在設(shè)計(jì)中將各子筒間的連梁作為次要構(gòu)件，截面高度盡量控制在350～600mm。通過(guò)強(qiáng)墻弱梁、強(qiáng)剪弱彎等措施使連梁剛度及受彎承載力都遠(yuǎn)小于墻肢或子筒，具有足夠的延性。

3）根據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和地震災(zāi)害分析，在地震作用下，豎向內(nèi)收的建筑容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，引起豎向構(gòu)件的彎矩和剪力產(chǎn)生較大的突變[1]。同時(shí)，裙房頂板與塔樓連接處樓板出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力，地震時(shí)也容易產(chǎn)生破壞，為此在設(shè)計(jì)中，對(duì)于水平構(gòu)件，加厚此處樓板的板厚至120～150mm，并配置上下雙向通長(zhǎng)鋼筋，加大板配筋率至0.7%～0.8%。對(duì)于豎向構(gòu)件，確?？蚣苤凶銐虻慕孛娉叽纾S壓比控制在0.6～0.7，甚至更小。

4）使用新型高強(qiáng)混凝土組合柱。本項(xiàng)目中所使用的新型高強(qiáng)混凝土組合柱采用的是混凝土截面中配置鋼管的增強(qiáng)措施，以此來(lái)優(yōu)化高強(qiáng)混凝土的塑性變形能力。內(nèi)配鋼管高強(qiáng)混凝土組合柱的設(shè)計(jì)如下：（1）設(shè)計(jì)縱筋和箍筋作為外層保護(hù)層，提升混凝土間的融合度，將管材與外界隔離，提高高強(qiáng)混凝土組合柱的耐久性；（2）在高強(qiáng)混凝土截面內(nèi)置管材時(shí)，融合外箍筋構(gòu)成雙重約束，這樣箍筋密度變寬，構(gòu)件延展性增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)柱因混凝土縱筋屈曲性結(jié)構(gòu)規(guī)避其倒塌的可能。

5 混凝土結(jié)構(gòu)性能水平判別

5.1 框架柱性能水平分析

控制結(jié)構(gòu)受地震破壞程度，結(jié)構(gòu)受地震設(shè)防水準(zhǔn)性能水平的影響，通過(guò)結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)參數(shù)來(lái)表達(dá)：力、變形和曲率等。試驗(yàn)結(jié)果顯示，新建手術(shù)房及病房中心混凝土結(jié)構(gòu)層間構(gòu)建的變形情況與層高的影響可以通過(guò)層間位移角來(lái)體現(xiàn)，與結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)之間有很強(qiáng)的顯著相關(guān)性。我國(guó)現(xiàn)行抗震規(guī)范對(duì)混凝土框架結(jié)構(gòu)不同破壞程度下的層間位移角控制參考目標(biāo)值進(jìn)行了確定，如抗震設(shè)防烈度為8 度時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)高于C70。但在實(shí)際工程中，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)經(jīng)常會(huì)超出參考值。

載荷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在剪跨度比不斷增大時(shí)，新建手術(shù)房及病房中心混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)配鋼管約束高強(qiáng)混凝土柱出現(xiàn)剪切斜壓破壞、剪切黏結(jié)破壞、彎曲破壞3 種破壞形態(tài)。其中，剪切黏結(jié)破壞為脆性破壞，對(duì)混凝土柱抗震性能影響較大，因此，可通過(guò)設(shè)置抗剪件等方式來(lái)解決上述問(wèn)題。本文僅考慮剪切斜壓破壞與彎曲破壞。當(dāng)構(gòu)件發(fā)生上述2 種破壞時(shí)，混凝土被壓碎脫落，停止工作，截面內(nèi)力轉(zhuǎn)由鋼骨承擔(dān)。因鋼材是具有塑性延展性的材料，鋼骨高強(qiáng)混凝土柱承載力發(fā)生適應(yīng)性變化，使得延展性增強(qiáng)，此時(shí)，失效判別標(biāo)準(zhǔn)研究必須考慮上述因素。

5.2 框架結(jié)構(gòu)性能水平分析

在新建手術(shù)房及病房中心的混凝土框架結(jié)構(gòu)中，豎向構(gòu)件需要考慮彈性及彈塑性變形限值的取值問(wèn)題；構(gòu)件達(dá)到承載力頂端時(shí)，發(fā)生的變形小于中等破壞；輕微損壞變形限值只及中等破壞時(shí)變形限值的一半；輕微破壞變形限值，會(huì)影響彈塑性變形限值。因此，要想提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)，可采用截面配置塑性優(yōu)良的鋼骨，而抗震規(guī)范對(duì)變形限值的規(guī)定與高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)度不高，因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，考慮是否對(duì)框架結(jié)構(gòu)的鋼骨塑性進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)柱層間位移角容許限值來(lái)確定框架結(jié)構(gòu)層級(jí)的層間位移角限值，還應(yīng)融入框架變形、非結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)的功能安全及舒適度等方面的影響，全面考慮取值問(wèn)題。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除滿足相關(guān)規(guī)范的要求外，更加重視結(jié)構(gòu)的抗震性能化設(shè)計(jì)，通過(guò)彈塑性靜力分析，有目的地引導(dǎo)作為主要抗側(cè)力體系的核心筒的屈服機(jī)制和破壞模式，對(duì)外框架進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使其具有足夠的承載力和延性，從而形成多道有效的抗震防線，合理的破壞模式，提高整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保該建筑在震災(zāi)中能承擔(dān)起救災(zāi)醫(yī)療任務(wù)的使命，對(duì)類似的防災(zāi)救災(zāi)建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)有借鑒意義。