張 翔

(江西科力工程檢測有限公司，江西 南昌 330096)

一、抗震設計思路發(fā)展歷程

隨著建筑結構抗震理論研究的不斷發(fā)展，結構抗震思路也經歷了一系列的變化。最初，在未考慮結構彈性動力的特征，也無詳細地震作用記錄統(tǒng)計資料的條件下，經驗性地取一個地震水平作用(0.1倍自重)用于結構設計。至60年代，隨著地面運動記錄的不斷豐富，人們利用單自由度體系的彈性反應譜，第一次從宏觀上看到了地震對彈性結構引起的反應隨結構周期和阻尼比變化的總體趨勢，發(fā)現(xiàn)了結構在地震地面運動的隨機激勵下的強迫振動動力特征。但同時也發(fā)現(xiàn)了一個無法解釋的矛盾，當時規(guī)范所取的設計是用地面運動加速度明顯小于按彈性反應譜得出的作用于結構上的地面運動加速度，這些結構大多數卻并未出現(xiàn)嚴重損壞和倒塌。后來隨著對結構非線性性能的不斷深化研究，人們發(fā)現(xiàn)結構設計時取的地震作用只是賦予了結構一個基本屈服承載力，當發(fā)生更大地震時，結構的部位進入屈服后非彈性狀態(tài)變形，并依靠其屈服后的非彈性變形能力來經受地震作用。由此，逐漸形成了結構在一定水平的地震作用下進入屈服，并達到屈服后非彈性變形狀態(tài)來耗散能量的現(xiàn)代抗震設計思路。

由以上可以得出，結構抗震設計思路經歷了從彈性到非線性，從基于經驗到基于非線性理論，從單純保證結構承載能力的“抗”到允許結構屈服，并賦予結構一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉變。

二、現(xiàn)代國際抗震設計思路簡述

現(xiàn)代抗震設計思路是基于對結構非彈性性能的研究上建立起來的，其核心主要是指在不同滯回規(guī)律和地面運動特征下，結構的屈服水準與自振周期和最大非彈性動力反應間的關系。

在當前抗震理論下形成的現(xiàn)代抗震設計思路，其主要內容包括：

1.合理選擇結構屈服水準的地震作用。

一般先以一具有統(tǒng)計意義的地面峰值加速度作為該地區(qū)地震強弱的標志值(即中震)，再以不同的R(地震力降低系數)得到不同的設計用地面運動加速度(即小震)來進行結構的強度設計，從而確定了結構的屈服水準。

2.制定有效的抗震措施使結構確實具有設計時采用的R所對應的延性能力。

其中主要包括內力調整措施(強柱弱梁、強剪弱彎)和抗震的構造措施。

目前，國際上逐步形成了一套“多層次，多水準性態(tài)控制目標”的抗震理念。這一理念的主要含義是：工程師應該選擇合適的形態(tài)水準和地震荷載來進行結構設計。建筑物的性態(tài)是由結構的性態(tài)、非結構構件和體系的性態(tài)以及建筑物內容物性態(tài)的組合。當前性態(tài)水準一般分為：損傷出現(xiàn)、正常運作、能繼續(xù)居住、可修復的、生命安全和倒塌。性態(tài)目標指建筑物在一定程度的地震作用下對所期望的性態(tài)水準的表述。對建筑抗震設計應采用多重性態(tài)目標，對重要性不同的建筑，如協(xié)助進行災害恢復行動的醫(yī)院等建筑，應該按較高的性態(tài)目標設計，此外，針對甲方對建筑提出的不同抗震要求，應選擇不同的性態(tài)目標。

三、當前我國抗震設計理念現(xiàn)狀

我國《建筑抗震規(guī)范》(GB50011-2010)對建筑的抗震設防提出“三水準、兩階段”的要求，“三水準”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當遭遇第一設防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震時，結構處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態(tài)。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求建筑結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗算，要求建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值。當遭遇第二設防烈度地震即相當于本地區(qū)抗震設防烈度的基本烈度地震時，結構屈服進入非彈性變形階段，建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞，但經一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求結構具有相當的延性能力不發(fā)生不可修復的脆性破壞，當遭遇第三設防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設防烈度的罕遇地震時，結構雖然破壞較重，但結構的非彈性變形離結構的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴重破壞，從而保障了人員的安全。因此，要求建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值。三個水準烈度的地震作用水平，按三個不同超越概率(或重現(xiàn)期)來區(qū)分的：

多遇地震：50年超越概率63.2%，重現(xiàn)期50年；

設防烈度地震(基本地震)：50年超越概率10%，重現(xiàn)期475年；

罕遇地震：50年超越概率2%-3%，重現(xiàn)期1641-2475年，平均約為2000年。

對建筑抗震的三個水準設防要求，是通過“兩階段”設計來實現(xiàn)的，其方法步驟如下：

第一階段：第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數，先計算出結構在彈性狀態(tài)下的地震作用效應，與風、重力荷載效應組合，并引入承載力抗震調整系數，進行構件截面設計，從而滿足第一水準的強度要求；第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角，使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值；同時采用相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準的變形要求。

第二階段：采用與第三水準相對應的地震動參數，計算出結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規(guī)范的限值。并采用必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌要求。

四、結論與展望

從現(xiàn)代抗震設計思路提出至今，世界各國的抗震學術界和工程界也不斷取得了許多可喜進展，各種先進可行的抗震分析方法也不斷涌現(xiàn)在研究和設計領域。比如大量鋼筋混凝土構件的抗震性能試驗的進行；通過計算機技術編制了更精準的非線性動力反應程序；在設計方法上也不再拘泥于傳統(tǒng)單一的基于力的抗震設計方法，開始嘗試基于性能和位移的新的抗震設計理念等等。我國也應積極借鑒國內外的寶貴經驗和研究成果，結合當前實際，在完善自身不足的同時，不斷推動我國抗震設計出品位上水平。

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