浅议抗震设计在钢筋混凝土建筑的应用

浅议抗震设计在钢筋混凝土建筑的应用(熊 亚军 ,建 设综 合勘 察研 究设 计院 有限 公司 ,518057)摘 要 在 进行 建筑 结构 设计 时一 定要 考虑 到建 筑的 抗震 设计 。 为 了使 整个 建筑 工程 真正 达到 能够 减轻 甚至 避免 地震 灾害 的效 果 ， 做 好抗 震设 计是 最根 本的 措施 。 文 章根 据有 关资 料以及 实践 经验 的总 结， 针对 钢筋 混凝 土建 筑的 抗震 设计 问题 进行 了研 究和 探讨 。关 键词 城 市建 设 ;钢 筋混 凝土 建筑 ;抗 震设 防 ;抗 震设 计地 震是 人类 在社 会发 展过 程中 遇到 的一 种可 怕的 自然 灾害 。强 烈地 震常 常以 其猝 不及 防的 突发 性和 巨大 的破 坏力 给社 会功 能带 来严 重的 危害 ， 严 重影 响了 社会 经济 发展 、 人 类生 存安 全和 社会 稳定 。最 近全 球发 生了 很多 强震 ，如 海地 的 7.3级 地震 、智 利的 8.级 地震 、 我国 台湾 高雄 的 6.7级 地震 、 墨 西哥 的 7.2级 地震 、印 尼的 7.8级 地震 等 。 我国 作为 发展 中国家 ， 人 口稠 密 ， 建 筑物 抗震 能力 低 ， 因 此 ， 我 国的 地震 灾害 可谓 全球 之最 。 上 个世 纪 ， 全 球因 地震 而死 亡的 人数 为 10万 人 ， 其 中我 国就 占 5万 人之 多 ， 为 全球 的一 半 1。 面 对这 些数 据 ， 让 我们 不得 不在 城市 建设 中首 要注 重建 筑的 是抗 震设 计 ， 只 有这 样才 是防 御和 减轻 地震 灾害 最有 效、 最根 本的 措施 。 一 、 地 震中 建筑 倒塌 的原 因地 震作 用具 有较 强的 复杂 性和 随机 性 ， 要 求在 强烈 地震 作用 下建 筑物 结构 仍保 持在 弹性状 态 ， 而 不发 生破 坏这 是很 不实 际的 ， 既 安全 又经 济的 抗震 设计 是允 许在 强烈 地震 作用 下破坏 严重 ， 但 建筑 物并 不会 倒塌 。 由 此可 见 ， 抗 震设 计的 特点 是依 靠弹 塑性 变形 的方 式消 耗地震 能量 ， 而 建筑 抗震 设计 也是 根据 这一 原理 展开 的 ， 达 到的 效果 就是 建筑 物在 遇到 震级 高于城 市设 防烈 度的 强震 时而 不至 于倒 塌 。 一 些曾 经到 访过 海地 的工 程师 和建 筑师 日前 分析 了海地 建筑 物大 量倒 塌的 原因 ， 他 们表 示海 地建 筑存 在重 大缺 陷 ， 设 计严 重不 符合 标准 ， 建 筑材料 不过 关 ， 以 次充 好现 象严 重 。 而 有一 家医 院在 设计 上采 用了 钢筋 混凝 土结 构 ， 并 特别 考虑到 抗震 性设 计， 因此 这家 医院 在此 次地 震中 受损 很小 。 1.钢 筋混 凝土 框架 结构 层间 屈服 强度 有明 显薄 弱的 楼层钢 筋混 凝土 框架 结构 建筑 在整 体设 计上 存在 较大 的不 均匀 性 ， 正 因为 这些 原因 使得 部分楼 层层 间屈 服强 度变 得特 别薄 弱 。 在 强烈 地震 作用 下 ， 结 构的 薄弱 层率 先屈 服 ， 弹 塑性 变形急 剧发 展 ， 并 形成 弹塑 性变 形集 中的 现象 。 在 1976年 唐山 大地 震中 ， 有 个 13层 的蒸 吸塔 框架 ，由 于该 结构 楼层 屈服 强度 分布 不均 匀， 造成 第 6层 和第 1层 的弹 塑性 变形 集中 ，导 致该 结构 6层 以上 全部 倒塌 。2.钢 筋混 凝土 框架 结构 中柱 端与 节点 较容 易破 坏钢 筋混 凝土 框架 结构 的构 件一 般是 柱顶 重于 柱底 ， 梁 轻柱 重 ， 特 别是 角度 和边 柱很 容易发 生破 坏 。 除 剪跨 比小 的短 柱易 发生 柱中 剪切 破坏 外 ， 一 般柱 是柱 端的 弯曲 破坏 ， 轻 者发 生水 平或 斜向 断裂 ， 严 重的 会发 生混 凝土 压酥 ， 主 筋外 露 、 压 屈和 箍筋 崩脱 。 当 节点 核芯 区无箍 筋约 束时 ， 节 点与 柱端 破坏 合并 加重 。 当 柱侧 有强 度高 的砌 体填 充墙 紧密 嵌砌 时 ， 柱 顶剪切 破坏 严重 ，破 坏部 位还 可能 转移 至窗 洞上 下处 ，甚 至出 现短 柱的 剪切 破坏 。 3.钢 筋混 凝土 框架 结构 中砌 体填 充墙 的破 坏较 为普 遍钢 筋混 凝土 框架 结构 中砌 体填 充墙 具有 钢度 大 、 变 形能 力差 的特 点 ， 在 地震 时最 先承 受地 震作 用而 遭受 破坏 ， 在 八度 及八 度以 上地 震作 用下 ， 填 充墙 的裂 缝明 显加 重 ， 甚 至会 发生倒 塌， 震害 规律 一般 是砌 块墙 重于 砖墙 ，空 心砌 体墙 重于 实心 砌体 墙， 上轻 下重 2。二 、 钢 筋混 凝土 建筑 的抗 震结 构设 计在 城市 建筑 中较 合理 的框 架地 震破 坏机 制 ， 应 该是 节点 基本 不破 坏 ， 梁 比柱 屈服 可能 早发 生或 多发 生， 同一 层中 各柱 两端 的屈 服历 程越 长越 好， 底层 柱底 的塑 性铰 宜最 晚形 成 。 简单 地说 应该 是 :框 架的 抗震 设计 应使 梁、 柱端 的塑 性铰 出现 尽可 能分 散， 充分 发挥 整个 结构的 抗震 能力 3。1.影 响不 同受 力特 征节 点延 性性 质的 主要 因素楼 层破 坏的 全过 程可 以通 过楼 层水 平地 震剪 力与 层间 位移 关系 来描 述 ， 在 抗震 设防 过程中 ， 框 架结 构构 件进 入弹 塑性 阶段 时 ， 构 件在 保持 一定 承载 力条 件下 主要 以弹 塑性 变形 的方式 来消 耗和 分解 地震 的能 量 ， 所 以框 架结 构需 有足 够的 变形 能力 ， 这 样才 能才 起到 抗震 的效果 。 试 验研 究表 明 ， 强 节点 、 强 底层 柱底 、 强 柱弱 梁和 强剪 弱弯 的框 架结 构有 较大 的能 量消耗 能力 ， 极 限层 间位 移大 ， 抗 震性 能也 比较 好 。 规 范通 过构 件承 载力 调整 办法 在一 定程 度上可 以体 现上 述的 强弱 要求 ， 且 考虑 了设 计者 的使 用方 便 ， 采 用地 震组 合内 力的 抗震 承载 力验算 表达 式 ， 只 是要 对地 震组 合内 力的 设计 值按 有关 公式 进行 相应 的调 整 。 大 量实 验研 究表 明 ，影 响不 同受 力特 征节 点延 性性 质的 主要 因素 有相 对配 筋率 、 相 对作 用剪 力以 及贯 穿节 点的 梁柱 纵筋 的粘 结情 况。2.延 性框 架结 构的 设计 原则“ 5.12” 汶 川大 地震 实践 证明 ，建 筑结 构在 大地 震中 要求 保持 足够 的承 载力 来吸 收进入 塑性 阶段 而因 地震 产生 的巨 大能 量， 因为 此时 的结 构在 震中 已经 进入 到了 一个 塑性 阶段 ，很 容易 发生 变形 。 所 以 ， 根 据这 种特 点和 抗震 的要 求 ， 城 市建 设的 钢筋 混凝 土结 构建 筑抗 震设 计均 要求 按延 性框 架结 构进 行设 计 ， 所 以建 筑结 构的 设计 必须 保证 结构 局部 薄弱 区的 承载力 与钢 度 ， 保 证了 建筑 构造 的整 体性 ， 延 性的 增加 也就 提高 了建 筑的 变形 能力 ， 这 样可 以减少 地震 的破 坏性 从而 提高 了建 筑的 抗震 能力 。 在 结构 布置 上， 要保 证强 柱弱 梁的 设计 原则 ，按 扩大 了的 柱端 抗弯 承载 力进 行设 计 ， 理论 上可 将柱 屈服 的可 能性 减少 。 但 受到 各种 因素 ， 如 梁的 实际 抗弯 承载 力可 能增 大 ， 高 振型使 柱中 反弯 点的 转移 等综 合因 素影 响 ， 要 使柱 中完 全避 免塑 性铰 是比 较困 难的 ， 同 时为 了实现 强剪 弱弯 的要 求 ， 保 证塑 性铰 区域 的局 部延 性 ， 也 必须 通过 一定 的构 造措 施来 保证 结构 的延 性 4。总 结 ： 钢 筋混 凝土 框架 结构 是我 国城 市建 设中 大量 存在 的建 筑结 构形 式之 一 ， 通 过对 往年 的地 震灾 害损 失数 据研 究表 明 ： 钢 筋混 凝土 框架 结构 的节 点与 柱端 的破 坏较 为严 重 ， 所 以在 这些 结构 的抗 震设 计中 必须 满足 强剪 弱弯 、 强 柱弱 梁 、 强 节点 、 强 底层 柱底 等延 性设 计原则 。 增 强 钢 筋混 凝土 框架 结 构延 性也 可以 提高 建筑 抗震 性能 的重 要措 施 ， 所 以地 震区 的建 筑结 构中 也应 设计 成延 性结 构 。 要 合理 提高 抗震 结构 的延 性性 能 ， 应 对抗 震概 念设 计和 钢 筋混凝 土框 架 构 造措 施予 以重 视 ， 合 适的 概念 设计 和构 造措 施对 钢 筋混 凝土 框架 结 构的 延性 起着至 关重 要的 作用 ，保 证整 个建 筑物 实现 抗震 设防 ， 在 钢筋 混凝 土建 筑抗 震设 计的 实践 中 ， 由于 地区 的不 同和 设计 人员 对规 范的 理解 和掌 握尺 度的 不同 ， 造 成建 筑的 结构 布置 以及 计算 方法 上相 互差 异较 多， 在设 计上 也会 产生 较多 的争 议， 因此 抗震 设计 方法 还需 要深 入研 究。参 考文 献： 1钱 兆霞 ;大 震前 的中 强地 震活 动特 征 J;地 震研 究 ;1980年 04期2宋 天齐 .关 于 8度 区多 层砖 房最 多层 数的 商榷 J.工 程抗 震， 198.3陈 天 虹 ， 李 家 康 ，