钢筋混凝土结构的基本抗震思想

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1、工作管理样本| WORK MANAGEMENT钢筋混凝土结构的基本抗震思想Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In TheOrganization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.编订：审核：单位：Word格式/完整/可编辑文件编号：KG-A0-3370-99钢筋混凝土结构的基本抗震思想使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行 具体的部署

2、，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或 活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。地震 具有突发性的特点，至今可预报性仍然很低。强烈地 震常造成人身和财产的巨大损失。我国属地震多发国 家，需要考虑抗震设防的地域辽阔，因此研究结构的 抗震性能在我国具有充分的必要性。我国的现代抗震设计理论是从五十年代开始，在 国际抗震理论的推动下发展起来的，并逐渐形成了自 己的特色。在积累了相当的研究成果和实践经验的基 础上，相继制定了 74 X 78 X 89规范和新修订的2001 抗震设计规范(GB5001122001)按2001年规范设计 的建

3、筑物的抗震能力较89规范可提高10 %15 % , 其技术含量达到国际先进水平。但由于受国家经济实 力的限制，安全可靠度的设置仍低于美国等发达国家。要想更好的执行规范就必须明确抗震规范制定的 基本思想，明确抗震设计的基本原则。下面着重从以 下几个方面做以阐述。1 在地震作用下，一味地追求结构的强度并不 可取，结构的延性是非常重要的地震分为小震、中震和大震。所谓小震指的是常 遇地震，50年出现的概率大约为63 % ,重现期为50 年。中震是指50年出现的概率约为10 % ,重现期为 475年。而大震指的是罕遇地震，50年出现的概率为 2 %3% ,重现期为16412475年。对于偶然性和 随机性

4、很大的地震荷载，要想使结构强度一定大于结 构反应，几乎是不可能的，而且是十分不经济的。受 社会承受牺牲的能力和经济制约的因素，我们只能从 概率的角度出发，使结构在一定的概率保证下能安全 正常地发挥作用。这就决定了抗震设计的基本原则， 在我国即通常所说的“小震不坏，中震可修，大震不 倒工在“小震”作用下，要求结构不受损伤或不需修 理仍可继续使用。从结构抗震分析角度来说，就是要 求结构在“小震”作用下保持准弹性反应状态，而不 进入使建筑物中断使用和产生非结构构件破坏的非弹 性反应状态；同时结构的侧向变形应控制在合理的限 制范围以内，目的是使结构具有足够的抗侧向力刚度。中震大概相当于我们的设防烈度地

5、震，当遭遇到 中震作用时，结构可以有一定程度的损坏，经修复或 不经修复仍可继续使用。从经济角度来说，维修费用 不能太高。对发生概率极小的罕遇大震（“大震”的烈度比设 防烈度约高一度左右）.要求当结构在遭遇“大震” 作用时，不应倒塌或发生危及生命的严重破坏。这样一个抗震设防目标是非常经济合理的。因为 地震的发生太偶然，倘使我们一味地追求结构的强度 以保证中震甚至是大震作用下结构不坏，这将会使极 大量的材料在绝大部分时间里，甚至在整个寿命期内 都处于不能充分发挥作用的状态，这样做是不明智的。在上述设计原则指导下，就要求结构处于这样一 种状况：当小震来临，应确保所有的结构构件在抵抗 地震作用力时，具

6、有足够的强度，使其基本上处于弹 性状态。并通过验算小震作用下的弹性位移共同来保 证结构不坏。处于这个阶段的结构构件不会发生明显 的非线性变形，也不必需要采取特殊的构造措施。在 中震作用下，结构的某些关键部位超过弹性强度，进 入屈服，发生较大变形，达到非线形阶段，这时，我 们就特别提出延性要求（延性指当地震迫使结构发生 较大的非线性变形时，结构仍能维持其初始强度的能 力，是结构超过弹性阶段的变形能力，它是结构抗震 能力强弱的标志。它包括承受极大变形的能力和靠滞 回特性吸收能量的能力，它是抗震设计当中一个非常 重要的特性）。当中震来临的时候，因为结构具有非弹 性特征，某些关键部位超过其弹性强度，进

7、入塑性状 态。由于它有一定的延性，它的非线性能够承担塑性 变形，使它在变形中能够耗费和吸收地震能量。代价是可能导致较宽的裂缝， 混凝土表皮起壳、脱落，可能有一定的残余变形，但 不至于导致安全失效，以达到中震可修的设防目标。 处于这个阶段的结构，对延性就会提出相应的要求， 而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。当大 震来临的时候，结构的非线性变形非常大，也可能发 生不可修复的破坏。处于这个阶段的结构就需要通过 计算它的弹塑性变形来保证结构不致倒塌。所以，通常我们只需要按小震作用效应和其它荷 载效应的基本组合，验算构件截面抗震承载力及结构 的弹性变形。而中震作用效应则需要结构靠一定的塑 性变形

8、能力（即延性）来抵抗。所以结构延性对建筑 抗震是极其重要的。2 地震力降低系数的大小决定了设计地震力取 值的大小，从而决定了对延性要求的大小由上所述，用于承载力设计的地震作用可以取到 小震水平，当更大的地震来临的时候，则靠结构的延 性去抵抗。所以，我们并不取用设防烈度地震作用力 来进行结构承载力设计，而需要把设防烈度地震力降 低一个系数，称为地震力降低系数。地震力降低系数取得越大，设计地震作用就取得 越小；地震力降低系数取得越小，设计地震作用就取 得越大。在同一个设防烈度下，地震力降低系数取得 越大，地震作用就越小，那么按此小的地震作用设计 出来的结构的屈服水准就越低，意味着结构在相应强 烈程

9、度地震下形成的非弹性变形就越大，这就要求结 构具有较大的延性来保证它较大的非弹性变形的实现, 因而对延性提出的要求就更高。这一延性等级的结构 即为较低设计地震力取值2较高延性要求的“高延性 等级”结构。地震力降低系数取得越小，地震作用就 越大，那么按此大的地震作用设计出来的结构的屈服 水准就越高，意味着结构在相应强烈程度地震下形成 的非弹性变形就越小，这就只需要要求结构具有较小 的延性来保证它较小的非弹性变形的实现，因而对延 性提出的要求就越低。这一延性等级的结构即为较高 设计地震力取值2较低延性要求的“低延性等级”结 构。同理，在同一个设防烈度下，地震力降低系数取 为中等，地震作用也为中等，

10、因而对延性提出的要求 也为中等。这一延性等级的结构即为中等设计地震力 取值2中等延性要求的“中等延性等级”结构。这样， 地震力降低系数的大小实际上就决定了设计地震力取 值的大小，从而决定了对延性要求的大小。中国规范规定把设防烈度地震作用降低约3倍 来进行承载力设计，即设防烈度地震作用反应谱除以 地震承载力降低系数3,而得到 设计所用的反应 谱。并且中国规范按设防烈度从大到小对结构延性提 出了从高到低的要求，具体是用抗震等级来表示，共 分为一级、二级、三级、四级四个等级。 初步印 象是：中国的地震力降低系数的取值偏低。这似乎说 明中国的地震力取值较高，因而并不需要对结构提出 高延性要求。其实不然

11、，在对比了中国和西方国家的 设防地震作用反应谱曲线之后，我们发现，在中长周 期范围内，西方要比中国高，也就是说，中国在较低 的反应谱水平下降低3倍，跟西方在较高的反应谱水 平下降低5倍，甚至更多之后的作用水平是相差不多 的，这就说明，中国对抗震结构应提出相当于西方地 震力降低系数等于5 ,甚至高一档次的高延性要求。3 ”能力设计法”已为各国普遍接受通过能力设计法以选择性质不同的主要抗侧力构 件，在地震作用影响产生大变形的情况下，能够形成 较好的耗能机制。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过 程中表现出必要的延性，就必须通过能力设计法，使 塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或 者

12、具有一定延性能力的构件上。能力设计法的具体思 路有三步：(1)第一步是选择一个可接受的塑性变形机构。 所选机构的位移延性应该靠塑性钱处最小非线性转动 来达到。一旦选定了合适的塑性变形机构，就可以精 确地确定能量耗散部位。能力设计法在选择塑性变形 机构的选择上存在两种不同的方案：一种是“梁铉机构工其具体措施是人为地较大幅 度增加柱端的抗弯能力，使除底层柱底以外的各柱端 在较强地震作用下，原则上不进入屈服后状态，即不 出现塑性钱。由于柱端原则上不进入屈服，曲率较小， 因此对除底层柱底的其它各层柱端不必提出严格的轴 压比控制条件，即不必一定要把柱端的受力状态控制 在离大、小偏心受压界限状态尚有一定距

13、离的延性较 好的大偏心受压状态。这种机构主要靠梁端出皎来耗 散地震能量。另一种是“梁柱铉机构工其具体措施是只在一定 程度上人为增大柱的抗弯能力，因此，从总体上说， 柱端虽然与梁端相比相对较强，但在较强和很强地震 作用下，柱端仍有可能进入屈服，只不过梁端出现塑 性钱的机会较多、较早，塑性转动较大；柱端塑性较 则出现相对较迟，塑性转动相对较小。只要对柱的轴 压比控制较严，使柱端不出现小偏心受压和离大、小 偏压分界状态过近的大偏心受压情况，再通过加强对 柱端塑性较区的约束，就可以使柱端具有所需的、不 十分苛刻的塑性转动能力（延性能力）且不致压溃。 这种机构主要靠梁柱共同出钱来耗散地震能量。对比以上两

14、种方案，前者实际上是提高了柱的强 度，加强了柱的弹性变形能力。在实际配筋当中，纵 第#页/总17页工作管理样本| WORK MANAGEMENT筋用量相对较多，箍筋用量相对较少。后者实际上是 提高了柱的塑性变形能力，在实际配筋当中，纵筋用 量相对较少，箍筋用量相对较多。中国规范选择了第二个方案，即“梁柱铉机构工 这即是我们通常所说的“强柱弱梁工为了实现能力设 计方法中的强柱弱梁机构，我们通常的做法是对柱截 面的组合弯矩乘以增大系数；也可以对由梁端实际配 筋反算出梁端可抵抗弯矩，即实配弯矩乘以增大系数 的方法来实现，并用增大后的弯矩值进行柱端控制截 面的承载力设计。（2）第二步是要通过人为增大各

15、类构件的抗剪 能力，使其不致在强烈地震作用下，在结构延性未发 挥出来之前出现非延性的剪切破坏。这即是我们通常 所说的强剪弱弯。通常的做法是用剪力增大系数增大 梁端、柱端、剪力墙端、剪力墙洞口连梁端以及梁柱 节点处的组合剪力值，并用增大后的剪力设计值进行 受剪控制截面控制条件，进行验算和设计。具体措施 也有两类。一类是直接对一跨梁两端截面的顺时针或反时针 方向的组合弯矩值乘以增大系数，再与梁上作用的竖 向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。另一类是沿顺时针或反时针方向求得一跨梁两端 截面按实际配筋能够抵抗的弯矩,对其乘以增大系数, 再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系 中求得梁

16、端剪力。(3)第三步是通过相应的构造措施，保证可能 出现塑性钱的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗 能能力。通常通过箍筋加密，限制轴压比等措施来给 予保证。上述三个步骤所采取的措施是相互关联的。第二 步措施是第一步措施实现的前提和保障；因为只有塑 性较区不致先期发生剪切失效，才能够有梁柱塑性较 区的塑性转动。第一步措施要求较严，则第三步则可 相对较弱。反之，第一步的措施较松，则对第三步的 要求就较严格。因为如果柱弯矩增强系数很大，大到 能保证除底层以外的其它柱端都不出现塑性钱，则并 第#页/总”页工作管理样本| WORK MANAGEMENT不需要对轴压比和约束箍筋提出严格的限制，即并不 需要使柱处于延性较好的大偏压状态和使柱具有很强 的转动能力。这即是形成梁狡机构。而如果控制柱的 弯矩增强系数，使梁端出钱较柱端出钱较早、较多、 转动较大，柱端出皎则相对较迟、较少、转动较小