鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

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　一、抗震設(shè)計(jì)思路發(fā)展歷程

　　隨著建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)理論研究的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路也經(jīng)歷了一系列的變化。

　　最初，在未考慮結(jié)構(gòu)彈性動(dòng)力特征，也無(wú)詳細(xì)的地震作用記錄統(tǒng)計(jì)資料的條件下，經(jīng)驗(yàn)性的取一個(gè)地震水平作用（0.1倍自重）用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。到了60年代，隨著地面運(yùn)動(dòng)記錄的不斷豐富，人們通過(guò)單自由度體系的彈性反應(yīng)譜，第一次從宏觀上看到地震對(duì)彈性結(jié)構(gòu)引起的反應(yīng)隨結(jié)構(gòu)周期和阻尼比變化的總體趨勢(shì)，揭示了結(jié)構(gòu)在地震地面運(yùn)動(dòng)的隨機(jī)激勵(lì)下的強(qiáng)迫振動(dòng)動(dòng)力特征。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)一個(gè)無(wú)法解釋的矛盾，當(dāng)時(shí)規(guī)范所取的設(shè)計(jì)用地面運(yùn)動(dòng)加速度明顯小于按彈性反應(yīng)譜得出的作用于結(jié)構(gòu)上的地面運(yùn)動(dòng)加速度，這些結(jié)構(gòu)大多數(shù)卻并未出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞和倒塌。后來(lái)隨著對(duì)結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性性能的不斷研究，人們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)取的地震作用只是賦予結(jié)構(gòu)一個(gè)基本屈服承載力，當(dāng)發(fā)生更大地震時(shí)，結(jié)構(gòu)將在一系列控制部位進(jìn)入屈服后非彈性變形狀態(tài)，并靠其屈服后的非彈性變形能力來(lái)經(jīng)受地震作用。由此，也逐漸形成了使結(jié)構(gòu)在一定水平的地震作用下進(jìn)入屈服，并達(dá)到足夠的屈服后非彈性變形狀態(tài)來(lái)耗散能量的現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理論。

　　由以上可以看出，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷了從彈性到非線(xiàn)性，從基于經(jīng)驗(yàn)到基于非線(xiàn)性理論，從單純保證結(jié)構(gòu)承載能力的“抗”到允許結(jié)構(gòu)屈服，并賦予結(jié)構(gòu)一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉(zhuǎn)變。

　　二、現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路

　　在當(dāng)前抗震理論下形成的現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路，其主要內(nèi)容是：

　　1.合理選擇確定結(jié)構(gòu)屈服水準(zhǔn)的地震作用。一般先以一具有統(tǒng)計(jì)意義的地面峰值加速度作為該地區(qū)地震強(qiáng)弱標(biāo)志值，再以不同的R（地震力降低系數(shù)）得到不同的設(shè)計(jì)用地面運(yùn)動(dòng)加速度來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，從而確定了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)。

　　2.制定有效的抗震措施使結(jié)構(gòu)確實(shí)具備設(shè)計(jì)時(shí)采用的R所對(duì)應(yīng)的延性能力。其中主要包括內(nèi)力調(diào)整措施（強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎）和抗震構(gòu)造措施。

　　設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)在同一烈度區(qū)的同一類(lèi)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)情況取用不同的R，也就是不同的用于強(qiáng)度設(shè)計(jì)的地震作用。當(dāng)R取值較大，即用于設(shè)計(jì)的地震作用較小時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求就越嚴(yán)；反之，當(dāng)R取值較小，即用于設(shè)計(jì)的地震作用較大時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的延性要求就可放松。

　　三、保證結(jié)構(gòu)延性能力的抗震措施

　　合理選擇了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和延性要求后，就需要通過(guò)抗震措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)確實(shí)具有所需的延性能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)。系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：

　　1.“強(qiáng)柱弱梁”：人為增大柱相對(duì)于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現(xiàn)較早，在達(dá)到最大非線(xiàn)性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較大；而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，在達(dá)到最大非線(xiàn)性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個(gè)較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力。

　　2.“強(qiáng)剪弱彎”：剪切破壞基本上沒(méi)有延性，一旦某部位發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力，對(duì)于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會(huì)先發(fā)生剪切破壞。

　　3.抗震構(gòu)造措施：通過(guò)抗震構(gòu)造措施來(lái)保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的整體性。

　　延性對(duì)抗震來(lái)說(shuō)是極其重要的一個(gè)性質(zhì)，我們要想通過(guò)抗震措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)的延性，那么就必須清楚影響延性的因素。對(duì)于梁柱等構(gòu)件，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點(diǎn)：混凝土極限壓應(yīng)變，破壞時(shí)的受壓區(qū)高度。影響延性的其他因素實(shí)質(zhì)都是這兩個(gè)根本因素的延伸。如受拉鋼筋配筋率越大，混凝土受壓區(qū)高度就越大，延性越差；受壓鋼筋越多，混凝土受壓區(qū)高度越小，延性越好；混凝土強(qiáng)度越高，受壓區(qū)高度越低，延性越好（但如果混凝土強(qiáng)度過(guò)高可能會(huì)減小混凝土極限壓應(yīng)變從而降低延性）；對(duì)柱子這類(lèi)偏壓構(gòu)件，軸壓力的存在會(huì)增大混凝土受壓區(qū)高度，減小延性；箍筋可以提高混凝土極限壓應(yīng)變，從而提高延性，但對(duì)于高強(qiáng)度混凝土，受壓時(shí)，其橫向變形系數(shù)較一般混凝土明顯偏小，箍筋的約束作用不能充分發(fā)揮，所以對(duì)于高強(qiáng)度混凝土，不適于用加箍筋的方法來(lái)改善其延性。此外，箍筋還有約束縱向鋼筋，避免其發(fā)生局部壓屈失穩(wěn)，提高構(gòu)件抗剪能力的作用，因此箍筋對(duì)提高結(jié)構(gòu)抗震性能具有相當(dāng)重要的作用。根據(jù)以上規(guī)律，在抗震設(shè)計(jì)中為保證結(jié)構(gòu)的延性，常常采用以下措施：控制受拉鋼筋配筋率，保證一定數(shù)量受壓鋼筋，通過(guò)加箍筋保證縱筋不局部壓屈失穩(wěn)以及約束受壓混凝土，對(duì)柱子限制軸壓比等。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　我國(guó)在學(xué)習(xí)借鑒世界其他國(guó)家抗震研究成果的基礎(chǔ)上，逐漸形成了自己的一套較為先進(jìn)的抗震設(shè)計(jì)思路。其中大部分內(nèi)容都符合現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念，但是也有許多考慮欠妥的地方，需要我們今后加以完善。

　　其中，最值得我們注意的是，與國(guó)外規(guī)范相比，我國(guó)抗震規(guī)范還存在一定的差距。目前我國(guó)將地震作用降低系數(shù)統(tǒng)一取為2.86，而且還把用于結(jié)構(gòu)截面承載能力設(shè)計(jì)和變形驗(yàn)算的小震賦予一個(gè)固定的統(tǒng)計(jì)意義。對(duì)延性要求按抗震等級(jí)來(lái)劃分，抗震等級(jí)實(shí)質(zhì)又主要是由烈度分區(qū)來(lái)決定的。這種思路造成低烈度區(qū)的結(jié)構(gòu)延性要求可能偏低的結(jié)果。

　　另外，我國(guó)規(guī)定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)也存在一定的問(wèn)題。該設(shè)防目標(biāo)對(duì)甲類(lèi)、乙類(lèi)、丙類(lèi)這三類(lèi)重要性不同的建筑來(lái)說(shuō)，并不都是恰當(dāng)?shù)?。這種籠統(tǒng)的設(shè)防目標(biāo)也不符合當(dāng)今國(guó)際上的“多層次，多水準(zhǔn)性態(tài)控制目標(biāo)”思想，這種多性態(tài)目標(biāo)思想提倡在建筑抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)靈活采用多重性態(tài)目標(biāo)。甲類(lèi)建筑指重大建筑工程和地震時(shí)可能發(fā)生嚴(yán)重此生災(zāi)害的建筑，乙類(lèi)建筑指地震時(shí)使用不能中斷或需要盡快修復(fù)的建筑，由于不同類(lèi)別建筑的不同重要性，不宜再籠統(tǒng)的使用以上同一個(gè)性態(tài)目標(biāo)（設(shè)防目標(biāo)），此外，還應(yīng)該考慮建筑所有者的不同要求，選擇不同的設(shè)防目標(biāo)，從而做到在性態(tài)目標(biāo)的選擇上更加靈活。