设计中如何提高钢筋混凝土框架的抗震能力.docVIP

精品论文 参考文献 设计中如何提高钢筋混凝土框架的抗震能力 茂名市设计院有限公司东莞万江分公司 523057 摘要：房屋建筑地震震害表明，在地震作用下钢筋混凝土框架出现的大多是由于没有实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计目标，2008年的汶川地震进一步证明了这一问题。为了提高框架结构的抗震能力，国家规范对结构应该满足的抗震能力提出了新的要求。本文针对规范中的“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计规定，探讨了相应的设计实现方法，并从建筑结构抗震概念设计的角度提出了相关建议。 1引言 近年来，全球地震活动非常频繁，地震是地壳在快速释放能量的过程中造成的振动，在此期间会产生地震波。全球每年发生大约550万次地震，其中可感地震有5000多次，具有破坏性的5级以上的地震有1000来次。地震不仅造成了大量建筑物的破坏和人员伤亡，还引起火灾、水灾、细菌及放射性物质扩散、有毒气体泄漏，同时还伴随海啸、火山喷发、滑坡、泥石流、堰塞湖等。从历年地震震害看来，仍是节点区域遭受到的破坏最为严重，而节点区域是结构的核心区域，它关系到整个结构的安全性和稳定性。我国地处于太平洋地震构造带与地中海-喜马拉雅地震构造带交汇处，属于地震频发国家。2008年，四川汶川发生了里氏8.0级地震，造成了近10万人失去了生命，财产损失达8千多亿。国内的许多专家学者对震区的房屋进行了震害统计[1]，统计结果表明[2-3]：钢筋混凝土框架结构破坏较为严重，震害房屋中约有20%无法进行直接修理，需要立即停止使用或者拆除。钢筋混凝土框架结构没有达到“强柱弱梁”的设计目的，出现了很多柱端先屈服、梁端、柱端同时屈服的柱铰破坏机制，甚至出现了由于柱端先屈服造成结构底层整体坍塌的现象，见图1。由此可见，“强柱弱梁”是钢筋混凝土框架结构抗震设计中的一道重要的防线，是确保结构具有足够延性不至于发生倒塌破坏的最为关键措施。如何才能使结构在实际地震中实现真正意义的“强柱弱梁”的屈服机制?这是我们每个设计及研究人员都值得探讨和深思的问题。 图1汶川地震中的“强梁弱柱”破坏现象 2抗震设防目标 我国1989年以后制订的《建筑抗震设计规范》的设防目标均要求建筑结构必须达到 “小震不坏，中震可修，大震不倒”的三个水准。小震指该地区50年内超过概率约为63%的地震烈度，即众值烈度，又称多遇地震；中震指该地区50年内超过概率约为10%的地震烈度，又称为基本烈度或设防烈度；大震指该地区50年内超越概率约为2%-3%的地震烈度，又称为罕遇地震。通过计算和构造措施，采用两阶段设计方法来实现上述三水准的设防目标要求。第一阶段为弹性阶段的结构设计计算，主要任务是承载能力计算和一系列基本抗震构造措施设计。确定结构方案和结构布置，用小震作用计算结构弹性位移和构件的内力，并用极限状态法设计各构件，同时进行结构的抗震变形验算，按照延性和耗能要求，采用相应的构造措施。这样就基本可以做到保证前面所说的“三水准”中的前两个水准：小震不坏，中震可修。第二阶段为塑性阶段的验算：主要对抗震有特殊要求或者对地震特别敏感、存在大震作用时容易发生灾害的薄弱部位进行弹塑性变形验算，要求其值在避免结构发生倒塌的范围内。如果层间位移超过允许值，认为结构可能发生严重破坏或者倒塌，则需要对薄弱部位采取必要的措施，直到满足要求为止。 我国抗震规范直接根据小震下的地震作用进行抗震设计，相当于对各类结构的地震力折减系数统一取为2.86。虽然通过承载力抗震调整系数场在一定程度上体现了不同结构构件的延性性能差异，但是地震力折减程度与结构的延性需求没有建立直接的关系。对于钢筋混凝土框架结构，地震力折减系数取值相同，但是抗震构造措施却随设防烈度和抗震等级的不同而不同。其后果是随着设防烈度的降低和抗震等级的增加，结构性态控制水准降低。 3 钢筋混凝土框架的抗震设计基本准则 在实际工程设计中，为了满足抗震设防要求，需要对整个工程设计进行全面把控，在框架部分的抗震设计中所要遵循的基本准则是“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”。 3.1“强柱弱梁”的相关规定及实现方法 “强柱弱梁”设计是一种概念设计。地震作用下框架结构的抗倒塌能力与其破坏机制密切相关。梁端屈服型框架有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移大，抗震性能较好；柱端屈服型框架容易形成倒塌机制。地震中，如果结构尚未倒塌，则逃生的可能性会提高，即使无法逃脱，仍然有机会找到生存空间，但是，结构一旦倒塌，生还的可能性将会大大降低[19]。因此，“强柱弱梁”是我们在结构设计时希望达到的目标，各国规范在强柱弱梁问题上的体现略有不同。 我国的《建筑抗震设计规范》（GB50010