基于性能抗震分析的常规岛主厂房设计

基于性能抗震分析的常规岛主厂房设计
基于性能抗震设计是结构抗震设计新的发展趋势，是抗震设计发展史上又一次突破。

利用现有的性能设计理念，对核电站常规岛主厂房进行基于性能抗震分析设计。

通过工程实例证明了基于性能抗震设计方法的可行性，同时提出基于性能的抗震设计方法有待进一步的完善。

标签：抗震性能设计性能目标常规岛主厂房
0 引言
现有的“三水准，两阶段”（即：小震不坏，中震可修，大震不倒）的抗震设防目标是以保障生命安全为主要设防目标的。

而核电结构物的损坏不但造成严重的经济损失，更严重的是对社会和人的心理造成严重的负面影响。

在这样的背景下，基于性能的抗震设计理论被提出来了。

本文针对核电常规岛主厂房结构，利用基于性能的抗震设计理念进行结构设计。

1 基于性能抗震设计的理念
美国SEAOC组织对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准，恰当的结构形式，合理的规划和结构比例。

保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计，控制建造质量和长期维护水平，使得建筑物在遭受一定水平地震作用下，结构的破坏不超过一个特定的极限状态”[1]。

1.1 结构性能水准结构的性能水准表示建筑物在特定的某设防地震等级作用下预期破坏的最大程度，根据结构的破坏程度可将结构的性能水准分为4个等级[2，3]：
①基本完好：结构在地震后基本完好(含完好)，一般不需修理或稍加修理即可继续使用。

②轻微破坏：地震后结构薄弱部位和重要部位轻微损坏。

修理后可继续安全使用。

③中等破坏：地震后结构，部分构件中等损坏，进入屈服，有明显裂缝，需要采取安全措施。

经过修理、适当加固后才可继续使用。

④严重破坏：结构在地震下发生明显损坏，多数构件中等损坏，进入屈服，有明显裂缝，部分构件严重损坏；但整个结构不倒塌，人员会受到伤害。

2 主厂房性能目标的确定
根据我国现在的抗震设计规范以及业主的要求，对主厂房结构拟采用以下抗震设计目标，计算方法以及抗震构造措施[4，5]：
①7度多遇地震下，结构完好，进行弹性设计，满足性能水准A；可不考虑地震内力调整系数；抗震构造措施为四级抗震；②7度设防烈度下，轻微破坏，进行不屈服计算，满足性能水准B；允许有些选定的部位进入屈服阶段，但不得
发生剪切等脆性破坏；抗震构造措施为三级抗震；③7度大震下中等破坏，进入有限屈服状态，进行非线性分析计算，满足选定的变形要求，采用性能水准C；应进行非线性计算；抗震构造措施为二级抗震。

3 工程实例
3.1 工程概况本工程为某核电常规岛主厂房结构，主体结构为钢筋混凝土结构，依次由MX汽机房A轴排架、MA汽机房平台框架、MB辅助间横向框架和防甩结构组成。

主体结构分为三层：中间层、运转层和屋面。

屋架部分采用钢桁架结构。

靠近核岛部分设置了防甩结构。

该主厂房采用SAP2000进行空间整体建模分析，模型如图3：
3.2 主厂房计算分析相应于不同的抗震性能目标，采用不同的计算方法和构造措施，计算得出以下结果：
3.2.1 对应于性能目标①，结构完全处于弹性范围内：柱最大压应力为13Mpa，底板最大拉应力为1.8Mpa，结构各部分均处于弹性状态；各楼层的最大层间位移角为1/1412，满足抗震规范要求的不大于1/550。

3.2.2 对应于性能目标②，7度中震弹性计算结果：梁的剪压比为0.07，柱剪压比为0.04，均小于现行标准对剪压比的限制要求0.15，有效的避免了结构出现脆性破坏的可能；同时柱的最大轴压比为0.69，满足抗震规范要求一级抗震等级的框架结构不大于0.7的要求。

3.2.3 对应于性能目标③，7度罕遇地震下，结构进入非线性阶段，要对结构进行弹塑性分析，根据《建筑抗震设计规范》[6]推荐的静力弹塑性分析方法（Pushover分析方法）对主厂房进行非线性分析。

计算结果表明：主厂房结构能够满足大震下的抗震目标的要求，从X，Y 向能力谱-需求谱曲线（图4，图5）中可知，能力谱与需求谱有交点，况且性能点处于能力谱的弹性范围内，满足设防标准要求。

抗震设计规范要求大震下框架结构层间位移角最大值为1/50，现求得性能点处层间最大位移角为1/190，满足大震下塑性变形的要求。

4 总结
4.1 基于性能的抗震设计方法完全可以应用于实际工程结构中，根据业主和使用者的不同使用要求，提供相应的性能水准和性能目标，同时给设计人员提供了发挥自我才能的广阔空间和前所未有的挑战；这种抗震设计理念是未来结构抗震设计的必然趋势。

4.2 基于性能的抗震设计现在还很少应用于工程结构，一方面结构性能较难确定，存在很大的主观设想，设计人员很难把握，理论方面需进行更深层次的发
掘；另一方面计算过程的复杂性，必须具有行之有效的计算软件以达到业主和使用者对建筑功能要求。

参考文献：
[1]SEAOC Vision 2000 a Frame work for Performance－based Engineering[R].Structural Engineering Association of California，1995.
[2]马宏旺，吕西林.建筑结构基于性能抗震设计的几个问题[J].同济大学学报，2002，30(12):1429－1434.
[3]徐培福，戴国莹.超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究[J].土木工程学报，2005，38(1):1-10.
[4]何小银.基于性能的结构抗震设计概念的认识与应用[J].四川建筑，2008，28(1):155－157.
[5]张琴，张扬.核电厂常规岛厂房结构基于性能抗震设计的方法[J].工业建筑，2010，40(4):51－54.
[6]GB50011－2001，建筑抗震设计规范[S].。