鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)摘要：地震是十分嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，對(duì)人類的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大地?fù)p失，我國是地震多發(fā)國家，研究建筑的抗震性能很有必要。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是我國減輕自然災(zāi)害、保障國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展，特別是保障人民群眾生命安全的一個(gè)重要問題。本文就鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，介紹地震產(chǎn)生的原因及影響、抗震設(shè)計(jì)概況，分析了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)、不同結(jié)構(gòu)體系的抗震性能以及抗震設(shè)計(jì)的基本要求，為抗震設(shè)計(jì)提供了一定的理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)引言地震是一種常見的自然災(zāi)害，因其具備突發(fā)性的特點(diǎn)，目前對(duì)于地震的可預(yù)測(cè)性很低，所以我們無法準(zhǔn)確的預(yù)知地震以做出相應(yīng)的預(yù)防措施減少損害。通過對(duì)歷次震害的研究表明，地震災(zāi)害的損失很大程度上取決于建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度，而不同建筑結(jié)構(gòu)形式的抗震性能又存在很大的差異?，F(xiàn)代建筑中多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此做好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)對(duì)穩(wěn)固建筑物、減輕災(zāi)害損失十分重要。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），提出了對(duì)建筑抗震的三個(gè)水準(zhǔn)：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需進(jìn)行修理可繼續(xù)使用（小震不壞）；當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響時(shí)，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使用（中震可修）；當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(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（大震不倒）。使用功能或其他方面有專門要求的建筑，當(dāng)采用抗震性能化設(shè)計(jì)時(shí)，具有更具體或更高的抗震設(shè)防目標(biāo)?？拐鹪O(shè)防三水準(zhǔn)的要求是通過兩階段的設(shè)計(jì)來保證的：第一階段，對(duì)絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)彈性變形驗(yàn)算，對(duì)各類結(jié)構(gòu)按規(guī)范規(guī)定采取抗震措施；第二階段，一些規(guī)范規(guī)定的結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震下的彈性變形驗(yàn)算，采取相應(yīng)的構(gòu)造措施滿足抗震設(shè)防要求。一、 地震產(chǎn)生的原因及影響地震是人類在繁衍生息、社會(huì)發(fā)展過程中遇到的一種可怕的自然災(zāi)害。強(qiáng)烈地震常常以其猝不及防的突發(fā)性和巨大的破壞力給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類生存安全和社會(huì)穩(wěn)定、社會(huì)功能帶來嚴(yán)重的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，歷史上各種自然災(zāi)害曾毀滅了世界各地52個(gè)城市，其中因地震而毀滅的城市有27個(gè)。地震之外的其它各種災(zāi)害，如水災(zāi)、火災(zāi)、火山噴發(fā)、風(fēng)災(zāi)、沙災(zāi)、旱災(zāi)等毀滅的城市25座。因此，地震占災(zāi)害總數(shù)的52%?？梢姷卣馂?zāi)害確系“群害之首”。研究表明，在地震中造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災(zāi)害（約占95%）。無數(shù)次的震害告訴我們，抗震設(shè)計(jì)是防御和減輕地震災(zāi)害最有效、最根本的措施。根據(jù)科學(xué)研究造成地震的原因主要有幾下幾種：因?yàn)榈叵律钐幍拇髩K巖石破裂、錯(cuò)動(dòng)造成的構(gòu)造地震；水庫泄洪或者是油田注水等行為引發(fā)的誘發(fā)地震；還有地下的核爆炸或是炸藥爆破等人為導(dǎo)致的人為地震。在這些原因中構(gòu)造地震發(fā)生最頻繁，對(duì)于地面的破壞也大，大約占了全球地震總數(shù)的百分之九十以上。二、 抗震設(shè)計(jì)概況隨著時(shí)代的發(fā)展需要，建筑物對(duì)抗震設(shè)計(jì)要求越來越高，所以國內(nèi)外的一些學(xué)者開始了新的抗震設(shè)計(jì)研究，提出可以采用不同的措施來滿足不同性能的建筑物。在我國，抗震規(guī)范采用三水準(zhǔn)兩階段的設(shè)計(jì)方法。所謂的三水準(zhǔn)就是指當(dāng)建筑物結(jié)構(gòu)受到地震作用時(shí)“小震不壞，中震可修，大震不倒”。兩階段中的第一階段指的是通過對(duì)多遇地震烈度彈性地震作用下的結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度驗(yàn)算，隱含著設(shè)防烈度地震作用下的變形驗(yàn)算，保證小震不壞和中震可修；第二階段指的是通過對(duì)罕遇地震烈度地震作用下結(jié)構(gòu)薄弱部位彈塑性變形驗(yàn)算，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施保證大震不倒?；趶?qiáng)烈的地震作用，建筑物的構(gòu)件出現(xiàn)彈性變形、開裂、屈服等被破壞的階段，其中主要受力構(gòu)件的破壞很大程度上會(huì)使整個(gè)建筑物整體倒塌。由于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，除了極少數(shù)的構(gòu)件發(fā)生開裂可能導(dǎo)致很嚴(yán)重的后果外，大多數(shù)的建筑結(jié)構(gòu)在地震力作用下允許有開裂或者是非主要的受力構(gòu)件的破壞，但是需要注意的是必須要使受力構(gòu)件仍能發(fā)揮其一定的作用，確保建筑物穩(wěn)定。三、 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在我國，抗震概念設(shè)計(jì)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，抗震概念設(shè)計(jì)是根據(jù)地震災(zāi)難和工程經(jīng)驗(yàn)等因素形成的基本設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)理念。建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要有正確的抗震概念設(shè)計(jì)思想，再加上必要而且合理的抗震計(jì)算和構(gòu)造措施。要做到抗震概念設(shè)計(jì)需要具備以下幾點(diǎn)：（1） 建筑的外形要求簡單、規(guī)則、對(duì)稱，其質(zhì)量和剛度的變化也要均勻。（2） 抗震結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)符合以下要求：①具有明確的計(jì)算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；②結(jié)構(gòu)布置應(yīng)盡量避免部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力；③結(jié)構(gòu)應(yīng)具備必要的抗震承載力（如抗剪、彎、壓、扭能力）、良好的變形能力（如延性）和消耗地震能量的能力（具有好的延性及阻尼）；④對(duì)于結(jié)構(gòu)的薄弱部位應(yīng)采取有效的措施予以加強(qiáng)；⑤具有多道抗震防線；⑥結(jié)構(gòu)平面上兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特性宜相近;⑦具有合理的剛度和強(qiáng)度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑形變形集中。（3） 抗震結(jié)構(gòu)的各類構(gòu)件之間應(yīng)具有可靠的連接。（4） 抗震結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)應(yīng)能保證地震時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。（5） 非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（維護(hù)墻、隔墻、填充墻）要合理設(shè)置。四、 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震體系框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)是常用的基本抗震結(jié)構(gòu)體系。其性能分述如下：（1）框架結(jié)構(gòu)體系通過準(zhǔn)確計(jì)算和合理的設(shè)計(jì)，把框架結(jié)構(gòu)做成某種延性框架。延性框架在強(qiáng)烈地震的作用下，可以通過先出現(xiàn)梁鉸、后出現(xiàn)柱鉸，這樣的一種耗能機(jī)構(gòu)耗散大量的地震能量，使結(jié)構(gòu)的地震力減小，保證結(jié)構(gòu)的安全。由于框架結(jié)構(gòu)抗震剛度較小，造成的側(cè)移值比較大，因此建造高度不宜太高。（2） 剪力墻結(jié)構(gòu)體系剪力墻結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度較大，側(cè)移變形小，抗震性能比純框架結(jié)構(gòu)好。但是需要注意的是，剪力墻中不論是墻肢還是連梁，它的截面特點(diǎn)是短而且高，所以這類構(gòu)件對(duì)剪切變形相當(dāng)敏感，容易出現(xiàn)裂縫，容易出現(xiàn)脆性的剪切破壞，因此需進(jìn)行精心合理的設(shè)計(jì)，才能夠使剪力墻具有良好的抗震性能和良好的延性能力。（3） 框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系是把框架和剪力墻結(jié)合在一起共同抵抗豎向荷載和水平荷載的一種體系，利用剪力墻的高抗側(cè)力剛度和承載力，彌補(bǔ)框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度差，變形較大的弱點(diǎn)。層間變形上下趨于均勻，框架各層柱的受力也比較均勻。在地震作用下，剪力墻承擔(dān)了大部分剪力，框架只承擔(dān)很小的一部分剪力，通常都是剪力墻先屈服，剪力墻屈服后將產(chǎn)生內(nèi)力重分配，框架分配的剪力將會(huì)增大，如果地震作用繼續(xù)增大，框架結(jié)構(gòu)也會(huì)屈服，使之形成曲線分布吻合最好。五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本要求（1） 注意場(chǎng)地選擇建筑場(chǎng)地的地質(zhì)條件與地形地貌對(duì)建筑震害有顯著影響，從建筑抗震概念設(shè)計(jì)角度考慮，地震區(qū)的建筑宜選擇有利地段，應(yīng)遵循建筑抗震設(shè)計(jì)的有關(guān)要求，進(jìn)行詳細(xì)的場(chǎng)地評(píng)價(jià)并采取必要的抗震措施。（2） 選擇合理的建筑體型建筑物的平立面布置應(yīng)盡量對(duì)稱、規(guī)則、質(zhì)量與剛度變化均勻，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度和承載力突變。充分利用結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)時(shí)利用結(jié)構(gòu)彈塑性階段的性能抗御強(qiáng)震，通過結(jié)構(gòu)一定限度內(nèi)的塑性變形來消耗地震時(shí)輸入結(jié)構(gòu)的能量。如采用強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)策略促使梁以受彎曲形式產(chǎn)生較大變形。處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的存在，會(huì)影響主體結(jié)構(gòu)的阻尼和周期等因素，在地震中往往會(huì)先期破壞。因此，在結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)