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摘要：阐述了在建筑物设计中建筑结构抗震“概念设计”的运用以及具体的抗震构造措施,从而保障建筑物实现抗震设防“高延性要求”。
关键词：抗震 概念设计 延性
在历次大地震中,不少房屋的破坏和倒塌都是由于没有重视建筑结构抗震的概念设计。目前我国采用的《建筑抗震设计规范》是在现有科学水平及我国的经济条件和工程实践的基础上,对概念设计的要求作了全面地、符合实际的规定,强调了建筑结构抗震概念设计,并把现行抗震设计的构造措施具体化。
1 抗震设计的基本要求
(1)选择对建筑抗震有利的场地,应避开对建筑抗震不利的地段,严禁在危险地段建造甲、乙类建筑,不应在危险地段建造丙类建筑。对于不利地段结构应采取有效措施,考虑地震因场地条件间接引起结构破坏的原因,诸如地基土的不均匀沉陷、地震引起的地表错动与地裂等。
(2)建筑的平立面布置应符合概念设计的要求,建筑的体型力求简单、规则、对称、质量和刚度变化均匀。不规则的建筑方案应按规定采取加强措施,特别不规则的建筑方案应进行专门的研究和论证,不应采用严重不规则的建筑方案。
(3)结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求,采用哪一种结构材料,什么样的结构体系要经技术经济条件比较综合确定,抗震结构的各类构件应具有的强度和变形能力(或延性),抗震结构体系的选取应符合以下要求:①具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;②具有多道抗震防线,避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力;③应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力;④具有合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位产生过大的应力集中或塑性变形集中,对可能出现的薄弱部位应采取措施提高抗震能力。
(4)确保结构的整体性。各构件之间的连接必须符合下列要求: ①构件节点的破坏不应先于其连接的构件;②预埋件的锚固破坏不应先于连接件;③装配式结构构件的连接应能保证结构的整体性,抗震结构的支撑系统应能保证地震时结构稳定,各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作;④预应力混凝土构件的预应力钢筋宜在节点核心区以外锚固;⑤非结构构件(围护墙、隔墙、填充墙)要合理设置。
2 地震作用和结构抗震验算
我国对建筑抗震提出的“三个水准”(即通常所说的“小震不坏,中震可修,大震不倒”)的设防目标是非常经济合理的。因为地震的发生太偶然,若一味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,抗震设防“三个水准”的要求是通过两阶段设计来保证的：多遇地震下的承载力验算,建筑主体结构不受损,非结构构件没有过重破坏保证建筑正常使用功能;罕遇地震作用下建筑主体结构遭遇破坏但不倒塌。
3 结构构件设计
地震有一定的持续时间 ,而且可能多次往复作用 ,根据地震后倒塌的建筑物的分析 ,我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏,而最后倒塌则是因为结构破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系,使其形成多道防线是增加结构抗震能力的重要措施。例如框架结构,框架就成为唯一的抗侧力构件,那么采用“强柱弱梁”框架,在水平地震力作用下梁的屈服先于柱的屈服,就可以做到利用梁的变形消耗地震能量,使框架柱退至第二道防线的位置。
合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性是提高结构的抗侧移刚度的有效途径,要使建筑物在遭受强烈地震时,具有很强的抗倒塌能力,最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性,然而实际工程中很难做到。对于框架和框架筒体,应优先提高柱的延性,即设计宜符合“四强、四弱”的准则。(1)强节点使杆件的破坏先于节点的破坏;(2)强柱弱梁使梁端破坏先于柱端破坏;(3)强剪弱弯使梁柱的弯曲破坏先于剪切破坏;(4)强压弱拉使柱截面受拉区钢筋的屈服先于受压区混凝土压碎。
4 构造措施
在我国现在的多高层建筑中,钢筋混凝土结构应用最为普遍,其中钢筋混凝土框架结构是最为常见的结构形式,以框架结构为例说明其构造措施。
(1)梁的构造措施。梁塑性铰截面的延性与诸多因素有关,其截面延性随受拉钢筋配筋率及屈服强度的提高而下降；随受压钢筋配筋率和混凝土强度提高而增强,塑性铰区的箍筋可以防止纵筋的压屈、提高混凝土极限压应变、抵抗剪力、阻止斜裂缝的开展,充分发挥塑性铰的变形和耗能能力;梁高跨比越小,剪切变形比例越大,易发生斜裂缝破坏，使延性降低。梁纵筋配筋率过低，梁开裂后钢筋可能屈服甚至拉断。
(2)柱的构造措施。柱为压弯构件,轴压比对延性及耗能性影响较大。规范对轴压比作出了限制,箍筋对延性起到很大的作用,它能约束纵筋、提高混凝土压应变、阻止斜裂缝发展。柱纵筋配筋率越大,柱子屈服时变形越大,延性越好。因而对柱子的纵筋最大最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率规范都有严格规定,对柱子截面最小高度、宽度以及柱高宽比、剪跨比、规范也提出了要求。
(3)节点构造措施。节点作为梁柱钢筋的锚固区,对结构的性能影响很大,梁柱纵筋在节点的可靠锚固是节点构造措施的主要内容。为保证其在地震和竖向荷载作用下的基本抗剪能力,使梁柱纵筋有可靠的锚固,因此,只要保证柱、梁和节点的延性也就保证的框架结构的延性,也就确保了框架结构的抗震能力。
5 结语
地震是一种自然现象,为避免它给人类带来大的灾难,要求结构工程师根据《建筑抗震设计规范》运用好抗震概念设计。对抗震概念设计和构造措施予以重视,合适的概念设计和构造措施对结构的延性起着至关重要的作用,也是保证整个建筑物实现抗震设防的手段。
参考文献：
[1]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].
[2]姚强，进度控制和质量控制在建筑施工中的作用与关系[J]，经济管理，2006.5
关键词：抗震 概念设计 延性
在历次大地震中,不少房屋的破坏和倒塌都是由于没有重视建筑结构抗震的概念设计。目前我国采用的《建筑抗震设计规范》是在现有科学水平及我国的经济条件和工程实践的基础上,对概念设计的要求作了全面地、符合实际的规定,强调了建筑结构抗震概念设计,并把现行抗震设计的构造措施具体化。
1 抗震设计的基本要求
(1)选择对建筑抗震有利的场地,应避开对建筑抗震不利的地段,严禁在危险地段建造甲、乙类建筑,不应在危险地段建造丙类建筑。对于不利地段结构应采取有效措施,考虑地震因场地条件间接引起结构破坏的原因,诸如地基土的不均匀沉陷、地震引起的地表错动与地裂等。
(2)建筑的平立面布置应符合概念设计的要求,建筑的体型力求简单、规则、对称、质量和刚度变化均匀。不规则的建筑方案应按规定采取加强措施,特别不规则的建筑方案应进行专门的研究和论证,不应采用严重不规则的建筑方案。
(3)结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求,采用哪一种结构材料,什么样的结构体系要经技术经济条件比较综合确定,抗震结构的各类构件应具有的强度和变形能力(或延性),抗震结构体系的选取应符合以下要求:①具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径;②具有多道抗震防线,避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力;③应具备必要的强度、良好的变形能力和耗能能力;④具有合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位产生过大的应力集中或塑性变形集中,对可能出现的薄弱部位应采取措施提高抗震能力。
(4)确保结构的整体性。各构件之间的连接必须符合下列要求: ①构件节点的破坏不应先于其连接的构件;②预埋件的锚固破坏不应先于连接件;③装配式结构构件的连接应能保证结构的整体性,抗震结构的支撑系统应能保证地震时结构稳定,各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作;④预应力混凝土构件的预应力钢筋宜在节点核心区以外锚固;⑤非结构构件(围护墙、隔墙、填充墙)要合理设置。
2 地震作用和结构抗震验算
我国对建筑抗震提出的“三个水准”(即通常所说的“小震不坏,中震可修,大震不倒”)的设防目标是非常经济合理的。因为地震的发生太偶然,若一味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,抗震设防“三个水准”的要求是通过两阶段设计来保证的：多遇地震下的承载力验算,建筑主体结构不受损,非结构构件没有过重破坏保证建筑正常使用功能;罕遇地震作用下建筑主体结构遭遇破坏但不倒塌。
3 结构构件设计
地震有一定的持续时间 ,而且可能多次往复作用 ,根据地震后倒塌的建筑物的分析 ,我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏,而最后倒塌则是因为结构破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系,使其形成多道防线是增加结构抗震能力的重要措施。例如框架结构,框架就成为唯一的抗侧力构件,那么采用“强柱弱梁”框架,在水平地震力作用下梁的屈服先于柱的屈服,就可以做到利用梁的变形消耗地震能量,使框架柱退至第二道防线的位置。
合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性是提高结构的抗侧移刚度的有效途径,要使建筑物在遭受强烈地震时,具有很强的抗倒塌能力,最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性,然而实际工程中很难做到。对于框架和框架筒体,应优先提高柱的延性,即设计宜符合“四强、四弱”的准则。(1)强节点使杆件的破坏先于节点的破坏;(2)强柱弱梁使梁端破坏先于柱端破坏;(3)强剪弱弯使梁柱的弯曲破坏先于剪切破坏;(4)强压弱拉使柱截面受拉区钢筋的屈服先于受压区混凝土压碎。
4 构造措施
在我国现在的多高层建筑中,钢筋混凝土结构应用最为普遍,其中钢筋混凝土框架结构是最为常见的结构形式,以框架结构为例说明其构造措施。
(1)梁的构造措施。梁塑性铰截面的延性与诸多因素有关,其截面延性随受拉钢筋配筋率及屈服强度的提高而下降；随受压钢筋配筋率和混凝土强度提高而增强,塑性铰区的箍筋可以防止纵筋的压屈、提高混凝土极限压应变、抵抗剪力、阻止斜裂缝的开展,充分发挥塑性铰的变形和耗能能力;梁高跨比越小,剪切变形比例越大,易发生斜裂缝破坏，使延性降低。梁纵筋配筋率过低，梁开裂后钢筋可能屈服甚至拉断。
(2)柱的构造措施。柱为压弯构件,轴压比对延性及耗能性影响较大。规范对轴压比作出了限制,箍筋对延性起到很大的作用,它能约束纵筋、提高混凝土压应变、阻止斜裂缝发展。柱纵筋配筋率越大,柱子屈服时变形越大,延性越好。因而对柱子的纵筋最大最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率规范都有严格规定,对柱子截面最小高度、宽度以及柱高宽比、剪跨比、规范也提出了要求。
(3)节点构造措施。节点作为梁柱钢筋的锚固区,对结构的性能影响很大,梁柱纵筋在节点的可靠锚固是节点构造措施的主要内容。为保证其在地震和竖向荷载作用下的基本抗剪能力,使梁柱纵筋有可靠的锚固,因此,只要保证柱、梁和节点的延性也就保证的框架结构的延性,也就确保了框架结构的抗震能力。
5 结语
地震是一种自然现象,为避免它给人类带来大的灾难,要求结构工程师根据《建筑抗震设计规范》运用好抗震概念设计。对抗震概念设计和构造措施予以重视,合适的概念设计和构造措施对结构的延性起着至关重要的作用,也是保证整个建筑物实现抗震设防的手段。
参考文献：
[1]GB50011-2001,建筑抗震设计规范[S].
[2]姚强，进度控制和质量控制在建筑施工中的作用与关系[J]，经济管理，2006.5