关于框架结构房屋建筑抗震设计的探讨

摘要：地震灾害是严重威胁人类生命安全的的自然灾害之一，地震的特点就是具有突发性,到随着人们对于震害经验的不断积累以及抗震理论和实验研究的不断深入，人们对建筑物在地震作用下的反应有了更深层次的认识。

关键词：结构抗震;变形验算;设计方案;结构构造

Abstract: The earthquake disaster is a serious threat to human life and safety of the natural disasters, earthquake feature is burst ness, as people continue to accumulate experience for earthquake damage and seismic theory and experimental research is unceasingly thorough, people have a deeper understanding on the buildings under the action of earthquake responses.

Key words: structure; deformation calculation; structure design;

中图分类号：TU352.1+1文献标识码：A 文章编号：

前言

实际工程中抗震设计是一件复杂且非常重要的事情。它主要包括以下内容：建筑设计应注意结构的规则性；选择合理的建筑结构体系；抗侧力结构和构件的延性设计。本文以框架结构为例，对如何加强抗震设计进行探讨。

1结构抗震变形验算

抗震设防三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。

第一阶段设计，变形验算以弹性层间位移角表示。以保证结构及非结构构件不开裂或开裂不明显，保证结构整体抗震性能。

第二阶段的变形验算为罕遇地震下薄弱层弹塑性变形验算，以弹塑性层间位移表示。根据震害经验、实验研究和计算结果分析提出了构件和节点达到极限变形时的层间极限位移角，防止结构薄弱层弹塑性变形过大引起结构倒塌。

现阶段的位移控制和抗震设计还限于单一地震下结构的反应。如何有效考虑在地震高发区及多次地震下累积损伤对结构变形和抗震性能的影响，保证结构整个寿命期内的安全，需要进一步的研究。

2抗震结构设计方案

在地震作用下，结构在真正失效前，有一个较大的塑性变形能力（结构延性），即结构在一个较小的地震下可能达到或者接近屈服状态；而在较大的地震下，结构的若干部位将陆续进入屈服后的非弹性变形状态，并且随着地震力的增大，结构中进入弹塑性变形的部位增多，先进入屈服的部位弹塑性变形也增大。结构通过这种变形耗散较多的地震传来的能量。

我们可以设计低地震力的结构，通过更大的非弹性变形耗散掉更多的地震能量，同时结构非弹性变形越大，刚度降低越严重，阻尼增大，周期增长，结构受到的总地震力降低也越多。这就使得我们在设计过程中，在不降低构件竖向承载力，并且保证结构延性的前提下，可以取用一个小于设防烈度地震反应水准作为设计中取用的地震作用。反过来讲，若采用的设计地震力越低，结构屈服部位在屈服后水平和竖向承载力不降低的前提下需要达到的非弹性变形就越大，也就需要结构有更好的延性性能。

设防烈度地震加速度通过地震力降低系数R或结构性能系数q折减为结构设计加速度，相当于赋予结构一个较小的屈服承载力，结构在竖向承载力不降低的情况下，通过屈服后的非弹性变形来经受更大的地震，实现“大震不倒”的目标。因而，采用低设计地震力的关键在于保证结构及构件在大震下达到所需的延性。总体而言R或q均为设防烈度地震作用与结构截面设计所用的地震作用的比值。 R或q越大，则要求结构达到的延性能力越大，R或q越小，则结构需要达到的延性能力越小。这样均能实现“大震不倒”。

国外一般有如下三种设计方案：（1）较高地震力——较低延性方案；（2）中等地震力——中等延性方案；（3）较低地震力——较高延性方案。高地震力方案主要保证结构的承载力，低地震力方案主要保证结构的延性。实际震害表明，这三种方案，从抗震效果和经济性来看，都能达到设防目标。我国的抗震设计采用的是方案（3）即较低地震力——较高延性方案，即采用明显小于设防烈度的小震地面运动加速度来确定结构的设计地震作用，并将它与其他荷载内力进行组合，进行截面设计，通过钢筋混凝土结构在屈服后的地震反应过程中形成较为有利的耗能机构，使结构主要的耗能部位具有良的屈服后变形能力好来实现“大震不倒”的目标。当然，我们还要看到一点，虽然这三个方案都能保证“大震不倒”，但是在改善结构在中小地震下的性态方面，方案（3）仅仅提高结构的延性水平而结构的屈服水准并没有明显提高，而且是明显不如方案（1）和（2）的。也就是说，在保证“小震不坏，中震可修”方面，方案（1）和（2）是优于方案（3）的。

3抗震结构构造

能力设计法是结构延性设计的主要内容，包括我国规范的内力调整和构造两个方面。其核心思想为：通过“强柱弱梁”措施引导结构形成“梁铰机构”或者“梁柱铰机构”，通过“强剪弱弯”避免结构在达到预计延性能力前发生剪切破坏，通过必要构造措施使可能形成塑性铰的部位具有必要的塑性转动能力和耗能能力。从以上三个方面保证使结构具有必要的延性，框架结构作为常见的结构形式，当然其延性设计也主要是从这三个方面来体现的。

3.1 强柱弱梁

结构动力反应分析表明，结构的变形能力和破坏机制有关。常见有三种典型的耗能机构，“梁铰机构”、“柱铰机构”、“梁柱铰机构”。“梁铰机构” 和“梁柱铰机构”的梁先屈服，可使整个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，塑性铰数量多，并且不因个别塑性铰失效而结构整体失效，因而抗震性能好，是框架结构理想的耗能机构。我国规范采用的是允许柱子、剪力墙出铰的梁柱铰方案，采取相对的“强柱弱梁”措施，推迟柱子的出铰时间，但不能完全排除出现薄弱层的柱铰机构的可能性，因而需要限制柱子的轴压比，必要时通过时程分析法判断结构的薄弱层，防止出现柱铰机构。

我们常见的“强柱弱梁”的调整措施就是要人为增大柱子的抗弯能力，诱导在梁端先出现塑性铰，这是考虑到柱中实际弯矩在地震中的可能增大。在结构出现塑性铰之前，结构构件因拉区混凝土开裂和压区混凝土的非弹性性质，钢筋与混凝土之间的粘结退化，使得各构件刚度降低。梁刚度降低较受压的柱子相对严重，结构由最初的剪切型变形向剪弯形变形过渡，柱内的弯矩较梁端的弯矩比例增大；同时结构的周期加长，影响到结构各振型参与系数的大小；地震力系数发生变化，导致部分柱子弯矩增大，由于构造原因及设计中钢筋的人为增大，使得梁的实际屈服强度提高，从而使得梁出现塑性铰时柱内弯矩增大。结构出现塑性铰之后，同样有上述原因的存在，而且结构屈服后的非弹性过程就是地震力进一步增大的过程，柱弯矩随地震力的增大而增大。地震力引起的倾覆力矩改变了柱内的实际轴力。我们规范中的轴压比限值一般能保证柱子在大偏压的范围内，轴力的减小也能导致柱子屈服能力的降低。

3.2 强剪弱弯

“强剪弱弯”是为了保证塑性铰截面在达到预期非弹性变形之前不发生剪切破坏。就常见的结构而言，主要表现在梁端、柱端、剪力墙底部加强区、剪力墙洞口连梁端部、梁柱节点核心区。与非抗震相比，增强措施主要表现在提高作用剪力与调整抗剪承载力两个方面。

3.3 作用剪力

一、二、三级框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁，其中剪力设计值一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1。一、二、三级框架柱和框支柱，其中剪力设计值一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。一、二、三级抗震墙底部加强部位，其中剪力设计值一级取1.6，二级取1.4，三级取1.2。梁柱节点，一、二级抗震等级进行节点核心区抗震受剪承载力验算，三四级应符合抗震构造措施，对9度设防及一级抗震等级的框架结构，考虑到梁端已出现塑性铰，节点的剪力完全由梁端实际屈服弯矩决定，按梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算，同时乘以1.15的增大系数。其它一级按梁端弯矩设计值计算，剪力增大系数为1.35，二级为1.2。

4结语

为了保证结构的抗震安全，视具体情况，尽可能设置多道抗震防线，并应考虑某一防线被突破后，引起内力重分布的影响。结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等方面的能力，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件，合理布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应，从而实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”。