趙繼東　師　穎

摘要：本文綜述了我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展過(guò)程，通過(guò)與國(guó)外規(guī)范的比較指出我國(guó)規(guī)范對(duì)抗震設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 抗震

0 引言

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)。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思路經(jīng)歷了從彈性到非線性，從基于經(jīng)驗(yàn)到基于非線性理論，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。

1 現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路及關(guān)系

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：

1.1 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（即中震的），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（即小震的）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)。

1.2 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。

現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)理念是基于對(duì)結(jié)構(gòu)非彈性性能的研究上建立起來(lái)的，其核心是 關(guān)系，主要指在不同滯回規(guī)律和地面運(yùn)動(dòng)特征下，結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)與自振周期以及最大非彈性動(dòng)力反應(yīng)間的關(guān)系。其中R為彈塑性反應(yīng)地震力降低系數(shù)，簡(jiǎn)稱地震力降低系數(shù)；而μ為最大非彈性反應(yīng)位移與屈服位移之比，稱為位移延性系數(shù)。

隨著對(duì)地震作用規(guī)律認(rèn)識(shí)的深入，這一規(guī)律已被各國(guó)規(guī)范所接受。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)在同一烈度區(qū)的同一類結(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。

2 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：

2.1 “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。

2.2 “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。

2.3 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。

這一系統(tǒng)的抗震措施理念已被世界各國(guó)所接受，但是對(duì)于耗能機(jī)構(gòu)卻出現(xiàn)了以新西蘭和美國(guó)為代表的兩種不完全相同的思路。首先，這兩種思路都是以優(yōu)先引導(dǎo)梁端出塑性鉸為前提。

不需要被塑性力學(xué)的機(jī)構(gòu)概念所限制，只要能在大震下實(shí)現(xiàn)以下的塑性耗能機(jī)構(gòu)，就能保證抗震設(shè)計(jì)的基本要求：①以梁端塑性鉸耗能為主；②不限制柱端塑性鉸出現(xiàn)（包括底層柱底），但是通過(guò)適當(dāng)增強(qiáng)柱端抗彎能力的方法使它在大震下的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)離其塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力有足夠裕量；③同層各柱上下端不同時(shí)處于塑性變形狀態(tài)。

我國(guó)的抗震措施中對(duì)耗能機(jī)構(gòu)的考慮也基本遵循了這一思路，采用了“梁柱塑性鉸機(jī)構(gòu)”模式，而放棄了新西蘭的基于塑性力學(xué)的“理想梁鉸機(jī)構(gòu)”模式。

抗震設(shè)計(jì)中我們?yōu)榱吮苊鉀](méi)有延性的剪切破壞的發(fā)生，采取了“強(qiáng)剪弱彎”的措施來(lái)處理構(gòu)件受彎能力與受剪能力的關(guān)系問(wèn)題。值得注意的是，與非抗震抗剪破壞相比，地震作用下的剪切破壞是不同的。

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。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。

3 我國(guó)抗震設(shè)計(jì)思路中的部分不足

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。

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)范在對(duì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)上還存在一定的差距。歐洲和新西蘭規(guī)范按地震作用降低系數(shù)（“中震”的地面運(yùn)動(dòng)加速度與“小震”的地面運(yùn)動(dòng)加速度之比）來(lái)劃分延性等級(jí)，“小震”取值越高，延性要求越低，“小震”取值越低，延性要求越高。美國(guó)UBC規(guī)范按同樣原則來(lái)劃分延性等級(jí)，但在高烈度區(qū)推薦使用高延性等級(jí)，在低烈度區(qū)推薦使用低延性等級(jí)。這幾種抗震思路都是符合規(guī)律的。而目前我國(guó)將地震作用降低系數(shù)統(tǒng)一取為2.81，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)延性要求則并未按R-μ關(guān)系來(lái)取對(duì)應(yīng)的，而是按抗震等級(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。這就導(dǎo)致同一個(gè)R對(duì)應(yīng)了不同的μ，從而制定了不同的抗震措施，這與R-μ關(guān)系是不一致的。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。

4 常用抗震分析方法

伴隨著抗震理論的發(fā)展，各種抗震分析方法也不斷出現(xiàn)在研究和設(shè)計(jì)領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們需要確定用來(lái)進(jìn)行內(nèi)力組合及截面設(shè)計(jì)的地震作用值。對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行分析是抗震研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，非線性時(shí)程分析，非線性靜力分析是目前常用的幾種抗震分析方法。它們的基本原理和步驟是先以某種方法得到結(jié)構(gòu)在可能遭遇地震作用下所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)位移，然后對(duì)結(jié)構(gòu)施加豎向荷載的同時(shí)，將表征地震作用的一組水平靜力荷載以單調(diào)遞增的形式作用到結(jié)構(gòu)上，在達(dá)到目標(biāo)位移時(shí)停止荷載遞增，最后在荷載中止?fàn)顟B(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震性能評(píng)估，判斷是否可以保證結(jié)構(gòu)在該水平地震作用下滿足功能需求。

從現(xiàn)代抗震設(shè)計(jì)思路提出至今，世界各國(guó)的抗震學(xué)術(shù)界和工程界又取得了許多新的成果，比如進(jìn)行了大量鋼筋混凝土構(gòu)件的抗震性能試驗(yàn)；通過(guò)迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)編制了準(zhǔn)確性更好的非線性動(dòng)力反應(yīng)程序；在設(shè)計(jì)方法上也不再拘泥于以前單一的基于力的傳統(tǒng)抗震設(shè)計(jì)方法，開(kāi)始嘗試基于性能和位移的新的抗震設(shè)計(jì)理念。在這樣的環(huán)境中，我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)思路也應(yīng)該在完善自身不足的同時(shí)，不斷向前發(fā)展。

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