浅析我国钢筋混凝土结构抗震设计

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　　摘要:我国位于世界两大地震构造系的交汇区域,历史上就是地震多发的国家之一。公元前1177年至1976年,我国共发生4.7级以上强震三千一百余次。1900~1980年间,我国发生6级以上强震606次,8级以上地震8次,地震中共死亡约146.8万人,约占全球地震死亡人数的一半,因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。
　　关键词:地震 概率 设防 概念设计 抗震计算 构造措施 延性
　　
　　我国的现代抗震设计理论是在国际抗震理论的推动下从五十年代开始发展起来的,并逐渐形成了自己的特色。在积累了相当多的研究成果和实践经验的基础上,相继制定了74 、78 、89 、01规范和新修订的2001抗震设计规范(2008年版)(GB50011-2001)。
　　一般说来,建筑抗震包括三个层次的内容与要求,即概念设计、抗震计算与构造措施。三个层次的内容是一个不可分割的整体,忽略任何一部分,都可能造成抗震设计的失败。
　　1.概念设计
　　1.1注意场地选择
　　建筑场地的地质条件与地形地貌对建筑震害有显著影响,从建筑抗震概念设计角度考察,地震区的建筑宜选择有利地段,避开不利地段,不在危险地段进行工程建设。当确实需要在不利地段或危险地段建筑工程时,应遵循建筑抗震设计的有关要求,进行详细的场地评价并采取必要的抗震措施。
　　1.2选择合理的建筑体型
　　建筑物的平立面布置应尽量对称、规则、质量与刚度变化均匀,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免抗测力结构的侧向刚度和承载力突变。
　　1.3充分利用结构延性
　　仅利用结构的弹性性能抗御强震是不明智的,正确的做法是同时利用结构弹塑性阶段的性能,通过结构一定限度内的塑性变形来消耗地震时输入结构的能量。在设计中,可以通过各种各样的构造措施和耗能手段来增强结构与构件的延性。如采用强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的设计策略促使梁以受弯曲形式产生较大变形。
　　1.4注意非结构因素
　　主要是指对非结构构件(如玻璃幕墙、吊顶、室内设备等)的处理。非结构构件的存在,会影响主体结构的阻尼和周期等,在地震中往往会先期破坏。因此,在结构抗震概念设计中,应特别考虑非结构构件设置对结构抗震的不利影响,应特别注意其与主体结构之间要有可靠的连接或锚固。
　　2.结构抗震计算及变形验算
　　采用什么方法进行抗震设计,可根据不同的结构和不同的设计要求分别对待。各类建筑结构的抗震计算,应采用下列方法:
　　(1)高度不超过40m、以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法。其把地震作用当做等效静力荷载,计算结构最大地震反映。
　　(2)除1外的建筑结构,宜采用阵型分解反应谱法。其利用阵型分解原理和反应谱理论进行结构最大地震反应分析。
　　(3)特别不规则的建筑、甲类建筑和《建筑抗震设计规范》表5.1.2-1 所列高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算。
　　同时,为满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震要求,我国抗震规范规定应进行下列内容的抗震验算:
　　(1)多遇地震下结构允许弹性变形验算,以防止非结构构件(隔墙、幕墙、建筑装饰等)破坏。
　　(2)多遇地震下强度验算,以防止结构构件破坏。
　　(3)罕遇地震下结构的弹塑性变形验算,以防止结构倒塌。
　　3.构造措施
　　3.1梁的构造措施
　　梁塑性铰截面的延性与很多因素有关,截面延性随受拉钢筋配筋率及屈服强度的提高而降低;随受压钢筋配筋率和混凝土强度提高而提高,随截面宽度增大而增大。梁纵筋配箍率过低,梁开裂后钢筋可能屈服甚至拉断。因而,规范对于梁纵筋最大配筋率和最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率都有严格规定。
　　3.2柱的构造措施
　　我们对于采用低地震力设计的柱子,主要保证其延性,而耗能性放到第二位。规范对轴压比作出了限制,一般能保证在大偏压的范围内。箍筋同样也对延性起到很大的作用,约束纵筋、提高混凝土压应变、阻止斜裂缝发展。因而对柱子的纵筋最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率做出了严格规定。同时对柱子的高宽比、剪跨比、截面最小高度、宽度做出了规定,以提高抗震性能。
　　3.3剪力墙构造措施
　　为保证剪力墙的延性和耗能能力,为墙肢提供约束,防止出现大的裂缝,规范对剪力墙的边缘构件做出了详细规定;同时也对剪力墙的轴压比作出了限制;为保证剪力墙的承载力和侧向刚度,对剪力墙提出了最小墙厚的要求。
　　3.4节点构造措施
　　节点作为梁柱钢筋的锚固区,对结构性能影响很大。为保证在地震和竖向荷载作用下,节点核心区剪压比偏低时为节点核心区提供必要的约束,保持节点在不利情况下的基本抗剪能力,使梁柱纵筋可靠锚固,对节点核心区的箍筋最大间距、最小直径、体积配箍率做出了规定。
　　参考文献:
　　[1]中华人民共和国国家标准,《建筑抗震设计规范2008》GB50011-2001,中国建筑工业出版社
　　[2]中华人民共和国国家标准,《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153-2006,中国建筑工业出版社
　　[3]中华人民共和国国家标准,《混凝土结构设计规范》GB50010-2002,中国建筑工业出版社
　　作者简介:陈钢 ,男 ,1980.09 ,助理工程师 ,清华大学建筑设计研究院,

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