蒋志国苑柱敏河北省第四建筑工程公司050200
摘要研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要，要想更好的执行规范就必须明确抗震规范制定的基本思想,明确抗震设计的基本原则。
关键词钢筋混凝土结构抗震
地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。地震具有突发性的特点,至今可预报性仍然很低。强烈地震常造成人身和财产的巨大损失。我国属地震多发国家,需要考虑抗震设防的地域辽阔,因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。要想更好的执行规范就必须明确抗震规范制定的基本思想,明确抗震设计的基本原则。下面着重从以下几个方面做以阐述。
一、在地震作用下,一味地追求结构的强度并不可取,结构的延性是非常重要的。
地震的发生太偶然,倘使我们一味地追求结构的强度以保证中震甚至是大震作用下结构不坏,这将会使极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,这样做是不明智的。
地震分为小震、中震和大震。当小震来临,应确保所有的结构构件在抵抗地震作用力时,具有足够的强度,使其基本上处于弹性状态。并通过验算小震作用下的弹性位移共同来保证结构不坏。处于这个阶段的结构构件不会发生明显的非线性变形,也不必需要采取特殊的构造措施。在中震作用下,结构的某些关键部位超过弹性强度,进入屈服,发生较大变形,达到非线形阶段,这时,我们就特别提出延性要求(延性指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时,结构仍能维持其初始强度的能力,是结构超过弹性阶段的变形能力,它是结构抗震能力强弱的标志。它包括承受极大变形的能力和靠滞回特性吸收能量的能力,它是抗震设计当中一个非常重要的特性)。当中震来临的时候,因为结构具有非弹性特征,某些关键部位超过其弹性强度,进入塑性状态。由于它有一定的延性,它的非线性能够承担塑性变形,使它在变形中能够耗费和吸收地震能量。代价是可能导致较宽的裂缝,混凝土表皮起壳、脱落,可能有一定的残余变形,但不至于导致安全失效,以达到中震可修的设防目标。处于这个阶段的结构,对延性就会提出相应的要求,而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。当大震来临的时候,结构的非线性变形非常大,也可能发生不可修复的破坏。处于这个阶段的结构就需要通过计算它的弹塑性变形来保证结构不致倒塌。所以,通常我们只需要按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合,验算构件截面抗震承载力及结构的弹性变形。而中震作用效应则需要结构靠一定的塑性变形能力(即延性)来抵抗。所以结构延性对建筑抗震是极其重要的。
二、地震力降低系数的大小决定了设计地震力取值的大小,从而决定了对延性要求的大小。
中国规范规定把设防烈度地震作用降低约3倍来进行承载力设计,即设防烈度地震作用反应谱除以地震承载力降低系数3,而得到设计所用的反应谱。并且中国规范按设防烈度从大到小对结构延性提出了从高到低的要求,具体是用抗震等级来表示,共分为一级、二级、三级、四级四个等级。
地震力降低系数取得越大,设计地震作用就取得越小;地震力降低系数取得越小,设计地震作用就取得越大。在同一个设防烈度下,地震力降低系数取得越大,地震作用就越小,那么按此小的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越低,意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越大,这就要求结构具有较大的延性来保证它较大的非弹性变形的实现,因而对延性提出的要求就更高。这一延性等级的结构即为较低设计地震力取值2较高延性要求的“高延性等级”结构。地震力降低系数取得越小,地震作用就越大,那么按此大的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越高,意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越小,这就只需要要求结构具有较小的延性来保证它较小的非弹性变形的实现,因而对延性提出的要求就越低。这一延性等级的结构即为较高设计地震力取值2较低延性要求的“低延性等级”结构。同理,在同一个设防烈度下,地震力降低系数取为中等,地震作用也为中等,因而对延性提出的要求也为中等。这一延性等级的结构即为中等设计地震力取值2中等延性要求的“中等延性等级”结构。这样,地震力降低系数的大小实际上就决定了设计地震力取值的大小,从而决定了对延性要求的大小。
“能力设计法”已为各国普遍接受。通过能力设计法以选择性质不同的主要抗侧力构件,在地震作用影响产生大变形的情况下,能够形成较好的耗能机制，为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性,就必须通过能力设计法,使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。能力设计法的具体思路有三步:
第一步是选择一个可接受的塑性变形机构。所选机构的位移延性应该靠塑性铰处最小非线性转动来达到。第二步是要通过人为增大各类构件的抗剪能力,使其不致在强烈地震作用下,在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏。第三步是通过相应的构造措施,保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。
上述三个步骤所采取的措施是相互关联的。第二步措施是第一步措施实现的前提和保障;因为只有塑性铰区不致先期发生剪切失效,才能够有梁柱塑性铰区的塑性转动。第一步措施要求较严,则第三步则可相对较弱。反之,第一步的措施较松,则对第三步的要求就较严格。因为如果柱弯矩增强系数很大,大到能保证除底层以外的其它柱端都不出现塑性铰,则并不需要对轴压比和约束箍筋提出严格的限制,即并不需要使柱处于延性较好的大偏压状态和使柱具有很强的转动能力。这即是形成梁铰机构。而如果控制柱的弯矩增强系数,使梁端出铰较柱端出铰较早、较多、转动较大,柱端出铰则相对较迟、较少、转动较小。这即是“梁柱铰机构”。此时,就需要对柱轴压比提出一定的限制,使柱端的受力状态处于大偏压,同时,加强对塑性铰区箍筋的约束,以提高塑性铰的转动能力,这样就提高了柱端的延性能力,使之在所需要的塑性转动下不至于被压坏。所以,柱的弯矩增大系数越大,对轴压比的限制和箍筋的约束要求就越低;弯矩增大系数越小,对轴压比的限制和箍筋的约束要求就越高
三、总结
(1)与常规结构静力弹塑性分析方法相比,考虑土2结构相互作用的结构静力弹塑性分析方法有其特殊性,结构静力弹塑性分析中的侧向力分布模式、目标位移的确定方法需重新确定。
(2)对比较规则的高层框架结构进行考虑土2结构相互作用非线性抗震分析,既可以采用非线性地震反应时程分析法,也可以采用静力弹塑性分析方法,两种方法都能对结构进行抗震性能评估。
(3)对高层建筑结构进行考虑土2结构相互作用静力弹塑性分析时,考虑到高阶振型影响,侧向力分布模式最好选用曲线分布模式。