時間：2023-03-01 16:32:34
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我國現(xiàn)行的橋梁抗震設(shè)計規(guī)范還很不完善，無論是鐵路橋或公路橋，還是采用基于強度設(shè)防基礎(chǔ)上的設(shè)計方法，即根據(jù)折減后的彈性地震反應(yīng)進行抗震設(shè)計，而結(jié)構(gòu)的延性要求沒有明確規(guī)定，僅從墩柱的箍筋配筋率及構(gòu)造方面提出要求，以保證結(jié)構(gòu)的延性。因此對我國現(xiàn)行震規(guī)進行修訂和補充，使其提高到一個新的先進水平已是刻不容緩。90年代初在上海南浦大橋的抗震設(shè)計中，首次提出了二水平的抗震設(shè)計方法。之后，用同樣方法先后對20余座大橋、城市立交橋和城市高架橋進行了抗震研究，20余年來積累了很多科研成果，對橋梁抗震的設(shè)計思想也日趨成熟。在此基礎(chǔ)上于1998年開始，范立礎(chǔ)教授將正式主持“城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范”的制訂工作。
減震和隔震設(shè)計思想是利用材料或裝置的耗能性能，達到減小結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的目的，是一種經(jīng)濟有效的方法。近年來世界各國在結(jié)構(gòu)的減隔震設(shè)計方面也做了很多研究，如彈性支座隔震體系是目前能采用的最簡單的隔震方法，其中普通板式橡膠支座構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定，已在橋梁上廣泛應(yīng)用，法國跨度320m的伯勞東納(Brotonne)預(yù)應(yīng)力混凝土斜張橋的兩個塔墩頂上各用了12塊橡膠支座，該橋已通車20年，使用情況良好。
2斜張橋梁抗震設(shè)計方法
常用的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法有震度法和動態(tài)分析法兩種，動態(tài)分析法中又包括反應(yīng)譜法和時程分析法。
動態(tài)分析法比震度法有了較大的改進，它同時考慮了地面運動和結(jié)構(gòu)的動力特性。其中反應(yīng)譜方法中一個重要概念是動力放大系數(shù)，或稱標準化反應(yīng)譜。其定義為：β(ω，ξ)=|U+Ug|max/Ug，max
式中，右端項的分子為單質(zhì)點體系動力反應(yīng)的絕對加速度反應(yīng)，分母為地面加速度反應(yīng)的峰值。
應(yīng)用反應(yīng)譜計算結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，首先要計算結(jié)構(gòu)的動力特性和各階振型參與系數(shù)，然后按各階振型對某項反應(yīng)的貢獻程度進行線性疊加，得到這項反應(yīng)的最大值。我國“震規(guī)”中的驗算方法就是建立在反應(yīng)譜理論的基礎(chǔ)上的，但反應(yīng)譜理論在大跨度橋梁抗震驗算上的應(yīng)用還存在一些問題，如“震規(guī)”中加速度反應(yīng)譜，或橋址場地設(shè)計加速度反應(yīng)譜的適用范圍大都在5s以內(nèi)，而大跨度橋梁是長周期結(jié)構(gòu)，它們的基本周期大都大于5s，在長周期范圍動力放大系數(shù)β的取值對大跨度橋梁的地震反應(yīng)的準確性至關(guān)重要。項海帆教授早在八十年代初就對公路工程抗震設(shè)計規(guī)范中的反應(yīng)譜提出了長周期部分的修正意見，王君杰副教授也提出了“長周期地震反應(yīng)譜的取值和規(guī)范化應(yīng)以強震記錄位移反應(yīng)譜的統(tǒng)計結(jié)果為依據(jù)”的觀點，并以此為基礎(chǔ)提出了對當前公路工程抗震設(shè)計規(guī)范中的反應(yīng)譜的長周期部分的修正和補充方法，增加了表達長周期地震反應(yīng)譜特性的參數(shù)；其次大跨度橋梁地震反應(yīng)組合中，如何考慮地震動的空間變化也是一個需要考慮的問題，因為對于大跨度橋梁，地震動的空間變化效應(yīng)是不可忽略的。另一個在大跨度橋梁抗震分析中需要解決的問題，就是在多分量地震動作用下振型組合問題，目前常用的組合方法有SUM法(最大值絕對值之和法)、SRSS法(最大值平方和的平方根法)、CQC法(基于平穩(wěn)隨機振動理論導(dǎo)出的完全二次組合法)等。由于CQC方法計入了振型間的相關(guān)性，較好地考慮了密集振型間的強耦合性，而大跨度橋梁的動力特性具有自振周期長、頻率密集和阻尼較小的特點，因此CQC方法對大跨度橋梁的地震反應(yīng)分析更為適用。除此以外，在反應(yīng)譜分析中給出的反應(yīng)值基本上還是彈性反應(yīng)，不能做到真正的非線性分析。總之，反應(yīng)譜方法在大跨度橋梁的方案設(shè)計階段，對結(jié)構(gòu)的抗震性能進行粗略的評估還是可行的，但是對于重要結(jié)構(gòu)或大跨度橋梁的地震反應(yīng)分析則應(yīng)進行專題研究。
一個很重要的步驟，就是在橋址地震危險性分析的基礎(chǔ)上，進行結(jié)構(gòu)的時程反應(yīng)分析，這在大多數(shù)工程抗震設(shè)計規(guī)范中都提出了這一要求。時程分析法與反應(yīng)譜法相比具有能進行結(jié)構(gòu)的非線性地震反應(yīng)分析、考慮復(fù)雜場地的非一致激勵影響、能給出任意截面(或結(jié)點)的任意一種反應(yīng)的時間歷程等特點，而這些方面在大跨度橋梁地震反應(yīng)分析中是必須考慮的。但在進行時程分析時也應(yīng)該注意到地震波選用的隨機性，因為地震是一個隨機事件，它發(fā)生的時間、空間、強度、頻譜成分、波形等等都是不確定的。而時程分析法還是一個確定性分析法，它是根據(jù)地震危險性分析中的人工地震波作為分析依據(jù)。所以，為了提高分析結(jié)果的可靠性，一般要求在同一鉆孔位置給出一組(一般3～5條)地震波，然后取各條地震波反應(yīng)的最大值。
1．R-μ-T關(guān)系及其應(yīng)用
在二十世紀五十年代，當美國的權(quán)威人士G.W.Houser導(dǎo)出了第一條地震反應(yīng)譜和對地震激勵下的彈性反應(yīng)規(guī)律的研究很快被學術(shù)界接受后，人們很快發(fā)現(xiàn)了一個與當時的抗震設(shè)計方法相矛盾的問題，那就是例如對一個第一振型周期為0.5s~1.5s,阻尼比為0.05的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)加速度約為地面運動峰值加速度的1.5~2.5倍，比如賦予上述結(jié)構(gòu)一個不大的地面運動加速度0.15g,則根據(jù)反應(yīng)譜導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)反應(yīng)加速度已達到0.23g~0.375g，而世界各國當時的設(shè)計規(guī)定中一般用來確定水平地震力大小的加速度只有0.04g~0.15g，但讓人不解是，震害表明，雖然設(shè)計用的反應(yīng)加速度很小，但結(jié)構(gòu)在地震中的損傷卻不太大。這么大的差距是不能用安全性或設(shè)計誤差來解釋的，于是，各國的學術(shù)界加緊了對這一問題的研究，大家通過對單自由度體系的屈服水準、自振周期（彈性）以及最大非彈性動力反應(yīng)之間的關(guān)系；同時還研究了當?shù)孛孢\動特征（包含場地土特征）不同時，給這種關(guān)系帶來的變化，我們把這方面的研究工作關(guān)系其中R是指在一個地面運動下最大彈性反應(yīng)力與非彈性反應(yīng)屈服力之間的比值，稱為彈塑性反應(yīng)地震力降低系數(shù)，簡稱地震力降低系數(shù)或者反應(yīng)調(diào)節(jié)系數(shù)；µ為最大非彈性反應(yīng)位移與屈服位移的比值，稱為位移延性系數(shù)；T則為按彈性剛度求得的結(jié)構(gòu)自振周期。研究表明，對于長周期（指彈性周期且T>1.0s）的結(jié)構(gòu)可以適用“等位移法則”，即彈性體系與彈塑性體系的最大位移反應(yīng)總是基本相同的；而對于中周期（指彈性周期且0.12s<T<0.5s）的結(jié)構(gòu)，則適用于“等能量法則”，即非彈性反應(yīng)下的彈塑性變形能等于同一地震地面運動輸入下的彈性變形能。
之所以存在上訴規(guī)律，我們應(yīng)該注意到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的一些相關(guān)特性。首先，通過人為措施可以使結(jié)構(gòu)具有一定的延性，即結(jié)構(gòu)在外部作用下，可以發(fā)生足夠的非線性變形，而又維持承載力不會下降的屬性。這樣就可以保證結(jié)構(gòu)在進入較大非線性變形時，不會出現(xiàn)因強度急劇下降而導(dǎo)致的嚴重破壞和倒塌，從而使結(jié)構(gòu)在非線性變形狀態(tài)下耗能成為可能。其次，作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在一定的外力作用下，結(jié)構(gòu)將從彈性進入非彈性狀態(tài)。在非彈性變形過程中，外力做功全部變?yōu)闊崮埽魅肟諝庵泻纳⒌?。我們可以進一步以單質(zhì)點體系的無阻尼振動來分析，在彈性范圍振動時，慣性力與彈性恢復(fù)力總處于動態(tài)平衡狀態(tài)，體系能量在動能、勢能間不停轉(zhuǎn)換，但總量保持不變。如果某次振動過大，體系進入屈服后狀態(tài)，則體系在平衡位置的動能將在最大位移處轉(zhuǎn)化為彈性勢能和塑性變形能兩部分，其中，塑性變性能將耗散掉，從而減小了體系總的能量。由此我們可以想到，在地震往復(fù)作用下，結(jié)構(gòu)在振動過程中，如果進入屈服后狀態(tài)，將通過塑性變性能耗散掉部分地震輸給結(jié)構(gòu)的累積能量，從而減小地震反應(yīng)。同時，實際結(jié)構(gòu)存在的阻尼也會進一步耗散能量，減小地震反應(yīng)。此外，結(jié)構(gòu)進入非彈性狀態(tài)后，其側(cè)向剛度將明顯小于彈性剛度，這將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)瞬時剛度的下降，自振周期加長，從而減小地震作用。
2我國現(xiàn)行抗震設(shè)計規(guī)范中的不足之處
抗震規(guī)范規(guī)定，我國的抗震設(shè)防目標必須堅持“小震不壞，中震可修，大震不倒”的原則，而建筑應(yīng)根據(jù)其使用功能的重要性分為甲類、乙類、丙類、丁類四個抗震設(shè)防類別。甲類建筑應(yīng)屬于重大建筑工程和地震時可能發(fā)生嚴重次生災(zāi)害的建筑，地震作用應(yīng)高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求，其值應(yīng)按批準的地震安全性評價結(jié)果確定；抗震措施，當抗震設(shè)防烈度為6-8度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。乙類建筑應(yīng)屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復(fù)的建筑，抗震措施，一般情況下，當抗震設(shè)防烈度為6-8度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求，當為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。丙類建筑應(yīng)屬于甲、乙、丁類以外的一般建筑，地震作用和抗震措施應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。我們知道，一棟建筑在大震下能否不倒，已經(jīng)不是看其承載力的大了了，而是看它的延性是否能夠到達設(shè)計要求。由上面的建筑物抗震類別劃分可以看出，我們對甲、乙、丙、丁建筑物延性的要求是依次從高到低的，此時，結(jié)構(gòu)的延性實際上是由其抗震措施來決定的，現(xiàn)以一棟乙類建筑和丙類建筑為例：
表1
設(shè)防烈度
抗震措施烈度
實際延性
6
7（6）
低
7
8（7）
中等
8
9（8）
稍高
9
比9度高（9）
高
說明：在抗震措施烈度中，括號外為乙類建筑，括號內(nèi)的為丙類建筑。
由表1可以看出，如果按規(guī)范設(shè)計，就可能會出現(xiàn)9度（設(shè)防烈度）下的丙類建筑的延性比7度（設(shè)防烈度）下的乙類建筑延性還要高的情況出現(xiàn)，而根據(jù)上面所述的R-μ-T理論關(guān)系的研究可以知道，當R取值不變時，對結(jié)構(gòu)的延性要求也應(yīng)該是不變的，與處在什么烈度區(qū)沒有關(guān)系，如果R-μ-T理論關(guān)系的研究結(jié)果是正確的，那么我國規(guī)范對甲、乙、丙三類建筑的要求就存在概念性矛盾。
我國取R＝3.33，與國外規(guī)范相比較，我們對乙類和丙類建筑的是比較合理，而對于甲類建筑則過于偏松，對丁類建筑過于嚴格了。
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。這一理念主要含義為：工程師應(yīng)該選擇合適的形態(tài)水準和地震荷載進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。建筑物的性態(tài)是由結(jié)構(gòu)的性態(tài)，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和體系的性態(tài)以及建筑物內(nèi)容物性態(tài)的組合。目前性態(tài)水準一般分為：損傷出現(xiàn)（damageonset）、正常運作（operational）、能繼續(xù)居住（countinuedoccupancy）、可修復(fù)的（repairable）、生命安全（lifesafe）、倒塌（collapse）。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(shè)計應(yīng)采用多重性態(tài)目標，比如美國的“面向2000基于性態(tài)工程的框架方案”曾對一般結(jié)構(gòu)、必要結(jié)構(gòu)、對安全起控制作用的結(jié)構(gòu)分別建議了相應(yīng)的性態(tài)目標―基本目標（常遇地震下完全正常運作，少遇地震下正常運作，罕遇地震下保證生命安全，極罕遇地震下接近倒塌，相當與中國的丙類建筑）、必要目標（少于地震下完全正常運作，罕遇地震下正常運作，極罕遇地震下保證生命安全，相當與中國的乙類建筑）、對安全其控制作用的目標（罕遇地震下完全正常運作，極罕遇地震下正常運作，相當與中國的甲類建筑），目前中國正在進行用地震動參數(shù)區(qū)劃分圖代替基本烈度區(qū)畫圖的工作。對重要性不同的建筑，如協(xié)助進行災(zāi)害恢復(fù)行動的醫(yī)院等建筑，應(yīng)該按較高的性態(tài)目標設(shè)計。此外，也可以針對業(yè)主對建筑提出的不同抗震要求
2．鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的核心抗震措施
我國抗震設(shè)計對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提出的基本上是“高延性要求”，也就是要求結(jié)構(gòu)在較大的屈服后塑性變形狀態(tài)下仍保持其豎向荷載和抗水平力的能力，對于有較高延性要求的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)必須使用能力設(shè)計法進行有關(guān)設(shè)計。“能力設(shè)計法”的要求是在設(shè)計地震力取值偏低的情況下，結(jié)構(gòu)具有足夠的延性能力，具體做法是通過合理設(shè)計使柱端抗彎能力大于梁端從而使結(jié)構(gòu)在地震作用下形成“梁鉸機構(gòu)”，即塑性變形或塑性鉸出現(xiàn)在比較容易保證具有較大延性能力的梁端；通過相應(yīng)提高構(gòu)件端部和節(jié)點的抗剪能力以避免構(gòu)件發(fā)生非延性的剪切破壞。其核心是：
（1）“強柱弱梁”措施：主要是通過人為增大相對于梁的抗彎能力，使塑性鉸更多的出現(xiàn)在柱端而不是梁端，讓結(jié)構(gòu)在地震引起的動力反應(yīng)中形成“梁鉸機構(gòu)”或“梁柱鉸機構(gòu)”，通過框架梁的塑性變形來耗散地震能量。
“強柱弱梁”措施是“能力設(shè)計法”的最主要的內(nèi)容。
根據(jù)對構(gòu)件在強震下非線線動力分析可知，強震下，由于構(gòu)件產(chǎn)生塑性變形，因此可以耗散部分地震能量，同時根據(jù)桿系結(jié)構(gòu)塑性力學的分析知道，在保證結(jié)構(gòu)不形成機構(gòu)的要求下，“梁鉸機構(gòu)”或“梁柱鉸機構(gòu)”相對與“柱鉸機構(gòu)”而言，能夠形成更多的塑性鉸，從而能耗散更多的地震能量，因此我們需要加強柱的抗彎能力，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)在強震下形成更優(yōu)、更合理的“梁鉸機構(gòu)”或“梁柱鉸機構(gòu)”。
這一套抗震措施理念已被世界各國所接受，但是對于耗能機構(gòu)卻出現(xiàn)了以新西蘭和美國為代表的兩種不完全相同的思路。這兩種思路都承認應(yīng)該優(yōu)先引導(dǎo)梁端出塑性鉸，但是雙方對柱端塑性鉸出現(xiàn)的位置和數(shù)量有分歧。
新西蘭追求理想的梁鉸機構(gòu)，規(guī)范中底層柱的彎距增大系數(shù)比其它柱的彎距增大系數(shù)要小一些，這么做的目的是希望在強震下，梁端塑性鉸形成較為普遍，底層柱塑性鉸的出現(xiàn)比梁端塑性鉸遲，而其余所有的柱截面在大震下不出現(xiàn)塑性鉸的“梁鉸機構(gòu)”。但是新西蘭人也不認為他們的理想梁鉸方案是唯一可用的方法，因此他們在規(guī)范中規(guī)定可以選用兩種方法，一種是上述的理想梁鉸機構(gòu)法，另一種就是類似與美國的方法。
美國規(guī)范的做法則希望在強震下塑性鉸出現(xiàn)較早，柱端塑性鉸形成較遲，梁端塑性鉸形成得較普遍，柱端塑性鉸可能要形成得要少一些的“梁－柱塑性鉸機構(gòu)”（柱端塑性鉸可以在任何位置形成，這一點是與新西蘭規(guī)范的做法是不同的）。中國規(guī)范和歐洲EC8規(guī)范也是采用與美國類似的方法。
（2）“強剪弱彎”措施：用剪力增大系數(shù)增大梁端，柱端，剪力墻端，剪力墻洞口連梁端以及梁柱節(jié)點中的組合剪力值，并用增大后的剪力設(shè)計值進行受剪截面控制條件驗算和受剪承載力設(shè)計，以避免在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)脆性的剪切破壞。
我們在上學期學過，鋼筋混凝土的抗剪能力由混凝土自身的抗剪能力、裂縫界面的骨料咬合力、縱筋銷栓力和箍筋的拉力4部分構(gòu)成，而通過對框架梁在強震下的抗剪分析可知，混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性鉸后會比非抗震時有所下降，主要原因有幾下幾個：
1由結(jié)構(gòu)力學和材料力學的分析可知，梁端總是正剪力大于負剪力，如果發(fā)生剪切破壞時，剪壓區(qū)一般都在梁的下部，而此時混凝土保護層已經(jīng)剝落，且梁下端又沒有現(xiàn)澆板，所以混凝土剪壓區(qū)的抗剪能力會比非抗震時偏低
2由于在強震下剪切破壞要發(fā)生在塑性鉸充分轉(zhuǎn)動的情況下，而非抗震時的剪切破壞往往發(fā)生在縱筋屈服之前，因此在抗震條件下混凝土的交叉裂縫寬度會比非抗震情況偏大，從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應(yīng)慢慢退化，加之斜裂縫反復(fù)開閉，混凝土體破壞更嚴重，這使得混凝土的抗剪能力進一步被削弱。
3混凝土保護層的剝落和裂縫的加寬又會使縱筋的抗剪銷栓作用有所退化。
我們一般在計算鋼筋混凝土的抗剪能力時，只計算了混凝土自身的抗剪能力和箍筋的抗剪能力（V＝Vc+Vsv），而把斜裂縫界面中的骨料咬合能力及縱筋的銷栓作用作為它多余的強度儲備。在抗震下梁端的塑性鉸的形成，使得骨料咬合力及縱筋的銷栓作用有所下降，鋼筋混凝土的抗剪強度儲備也會下降，同時由于混凝土的抗剪能力(Vc)的下降，V也會比非抗震時小，如果咬使V不變，那么就只有使Vsv變大，即增加箍筋用量，所以我們可以得出這樣的結(jié)論，在抗震情況下箍筋用量比非抗震時要大一些，這不是因為地震使梁的剪力變大了而增加箍筋用量，而是由于混凝土項的抗剪能力下降，相應(yīng)的必須加大箍筋用量。其他構(gòu)件的原理也相似。
（3）抗震構(gòu)造措施：通過相應(yīng)構(gòu)造措施保證可能出現(xiàn)塑性鉸的部位具有所需足夠的延性，具體來說就是塑性轉(zhuǎn)動能力和塑性耗能能力。
對于梁柱等構(gòu)件，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點：混凝土極限壓應(yīng)變，破壞時的受壓區(qū)高度。影響延性的其他因素實質(zhì)都是這兩個根本因素的延伸。
對于梁而言，無論是對不允許柱出現(xiàn)塑性鉸（底層柱除外）的新西蘭方案，還是允許柱出現(xiàn)塑性鉸但控制其出現(xiàn)時間和程度的方案，梁端始終都是引導(dǎo)出現(xiàn)塑性鉸的主要部位，所以都希望梁端的塑性變形有良好的延性（即不喪失基本抗彎能力前提下的塑性變形轉(zhuǎn)動能力）和良好的塑性耗能能力。因此除計算上滿足一定的要求外，還要通過的一系列嚴格的構(gòu)造措施來滿足梁的這種延性，如：
1控制受拉鋼筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率，前者是為了使受拉鋼筋屈服時的混凝土受壓區(qū)壓應(yīng)變與梁最終破壞時的極限壓應(yīng)變還有一定的差距（梁的最終破壞一般都以受壓區(qū)混凝土達到極限壓應(yīng)變，混凝土被壓碎為標志的）；后者是保證梁不會在混凝土受拉區(qū)剛開裂時鋼筋就屈服甚至被拉斷。
2保證梁有一定的受壓鋼筋。受壓鋼筋可以分擔部分剪力，減小受壓區(qū)高度，另外在大震下，梁端可能出現(xiàn)正彎距，下部鋼筋有可能受拉，。
3保證箍筋用量，用法。箍筋的作用有三個，一是抗剪，這在前文已經(jīng)說過，這里不再充分；二是規(guī)定箍筋的最小直徑，保證縱筋在受壓下不會過早的局部失穩(wěn)；三是通過箍筋約束受壓混凝土，提高其極限壓應(yīng)變和抗壓強度。
4對截面尺寸有一定的要求。規(guī)范規(guī)定框架梁截面尺寸宜符合下列要求：1>截面寬度不宜小于200mm；2>截面高度與寬度的比值不宜大于4；3>凈跨與截面高度的比值不宜大于4。在施工中，如梁寬度太小，而梁上部鋼筋一般都比較多，會使混凝土的澆注比較困難，容易造成混凝土缺陷；在震害和試驗中多次發(fā)生過腹板較薄的梁側(cè)向失穩(wěn)的事例，因此提出要求了2；一般我們把跨高比小于5的梁稱為深梁，深梁的抗彎和抗剪機理與一般的梁（跨高比大于5的梁）有所不同，所以我們在設(shè)計中最好能避免設(shè)計成深梁，如果實在不能避免，就要去看專門的設(shè)計方法和規(guī)造措施。
柱的構(gòu)造措施也和梁差不多，但是柱除了受彎距和剪力以外，還要承受軸力（梁的軸力一般都很小，在設(shè)計中都不予以考慮），尤其是高層建筑，軸力就更大了，所以柱還有對軸壓比的限制，其中對不同烈度下有著不同延性要求的結(jié)構(gòu)有著不同的軸壓比限值；另外，柱端箍筋用量的控制條件不是簡單的用體積配箍率，而是用配箍特征值，它同時考慮了箍筋強度等級和混凝土強度等級對配箍量的影響。
高強度混凝土（C60以上）的極限壓應(yīng)變都比一般混凝土（C60及其以下）要小一些，而且強度越高，小的越多；另外，強度越高，混凝土破壞時脆性特征越明顯，這些對于抗震來說是不利的。
3．常用的抗震分析方法
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的首要任務(wù)就是是對結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)的分析，以下是一些常用的抗震分析方法：
1．底部剪力法
底部剪力法實際上時振型分解反應(yīng)譜法的一種簡化方法。它適用于高度不超過40m，結(jié)構(gòu)以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的框架結(jié)構(gòu)，此時假設(shè)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)將以第一振型為主且結(jié)構(gòu)的第一振型為線性倒三角形，通過這兩個假設(shè)，我們可近似的算出每個平面框架各層的地震水平力之和，即“底部剪力”，此方法簡單，可以采用手算的方式進行，但精確度不高。
2．振型分解反應(yīng)譜法
振型分解反應(yīng)譜法的理論基礎(chǔ)是地震反應(yīng)分析的振型分解法及地震反應(yīng)譜概念，它的思路是根據(jù)振型疊加原理，將多自由度體系化為一系列單自由度體系的疊加，將各種振型對應(yīng)的地震作用、作用效應(yīng)以一定方式疊加起來得到結(jié)構(gòu)總的地震作用、作用效應(yīng)。此法計算精度高，但計算量大，必須通過計算機來計算。
3．彈性時程分析
彈性時程分析法，也稱為彈性動力反應(yīng)分析。所謂時程分析法就是將建筑物作為彈性或彈塑性振動系統(tǒng)，直接輸入地面地震加速度記錄，對運動方程直接積分，從而獲得計算系統(tǒng)各質(zhì)點的位移，速度，加速度和結(jié)構(gòu)構(gòu)件地震剪力的時程變化曲線。而彈性時程分析法就是把建筑物看成是彈性振動系統(tǒng)。
4．非線（彈）性時程分析
2抗震設(shè)計與建筑設(shè)計方案
抗震設(shè)計與建筑方案雖然在多方面表現(xiàn)是矛盾的，但不是不可協(xié)調(diào)的。設(shè)計師們廣開思路，運用現(xiàn)代科技手段，是可以設(shè)計出優(yōu)秀的建筑作品的。
1）對于建筑外部整體平面布局的設(shè)計要求
可將復(fù)雜的建筑平面進行分割設(shè)計，采用設(shè)置變形縫的方法，將其分成若干個規(guī)整單元，既能滿足抗震規(guī)范要求，也不會破壞平面使用功能和整體造型。對于有些觀點提出的變形縫不好看，影響立面效果，設(shè)計師可以通過將該部位兩側(cè)主體錯位設(shè)計方法，即利用視覺差，弱化人們對變形縫的直觀感覺；對于要徹底消除變形縫影響，則需借助外裝飾構(gòu)件，可采取外裝飾幕墻等輕質(zhì)構(gòu)件對外立面的變形縫進行裝飾處理。抗震設(shè)計要求結(jié)構(gòu)主體設(shè)置變形縫，并規(guī)定相應(yīng)變形縫寬度，是防止在地震時建筑物間晃動、碰撞造成結(jié)構(gòu)主體的破壞，由于輕質(zhì)外裝飾構(gòu)件會在地震時變形破壞，不會對建筑物主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生約束作用。所以，通過輕質(zhì)外裝飾材料的設(shè)置，可以解決由于設(shè)置變形縫引來的美觀問題，并且不會影響到結(jié)構(gòu)主體抗震性能。
2）對于住宅類型建筑
由于其使用功能單一，房間分隔墻較多，結(jié)構(gòu)沿豎向布局比較均勻，一般只是平面形狀變化較大，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計師按照建筑平面方案合理布置結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)件，采用框架、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等一般常規(guī)結(jié)構(gòu)形式都可以滿足本地區(qū)抗震設(shè)計要求。對于高層住宅底部要求設(shè)置商業(yè)用途的建筑，應(yīng)該優(yōu)先選用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系。有些結(jié)構(gòu)設(shè)計人員不愿意做轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，認為轉(zhuǎn)換了，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜了，造價增加了，往往在設(shè)計中過度減小剪力墻長度、剪力墻開較大洞口的方法，來滿足建筑對底部大空間的使用要求。但即使是這樣做也不會完全適應(yīng)建筑功能的要求，同時由于剪力墻不適當減少及剪力墻的不合理布置，也影響到建筑整體的抗震性能，造成結(jié)構(gòu)配筋不合理。合理的采用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)體系，既不會給建筑物抗震帶來不利影響，也不會過多的增加工程整體造價。建筑功能上可以最大限度地滿足建筑設(shè)計方案的初衷，結(jié)構(gòu)的抗震性能達到優(yōu)化，使建筑物整體含鋼量達到最低。
3）對于公建類型建筑
由于其平面使用功能的不確定性，各個樓層間使用功能不統(tǒng)一的特點，故不宜過多采用剪力墻，剪力墻設(shè)置應(yīng)在電梯間、樓梯間等較為固定使用空間的部位。要求建筑設(shè)計師在平面布局中加以考慮，在考慮建筑功能需要的同時，也兼顧結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的合理性布置。由于對空間的需求，框架體系元素更多地運用在公建類型的建筑中。由于建筑高度較高，各層使用荷載較大，使得鋼筋混凝土框架柱截面一般較大，即使是采用高標號混凝土的鋼筋混凝土柱截面也會很大；適當在抗震性能要求較高的部位，采用型鋼混凝土及鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)體系更加合理，既有混凝土結(jié)構(gòu)的剛度，又有鋼結(jié)構(gòu)的良好延展性，可以讓該混合結(jié)構(gòu)在抵抗地震災(zāi)害時發(fā)揮最大的作用。對于大跨度的框架梁，也可以多采用型鋼結(jié)構(gòu)及型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，既可以提高建筑的水平抗震性能，也有效的降低框架梁的高度。對于預(yù)應(yīng)力梁的運用，不建議大量使用，雖然預(yù)應(yīng)力梁的采用可以降低框架梁的高度，但其性質(zhì)類同于普通鋼筋混凝土梁，且對梁端約束要求較大，協(xié)調(diào)變形能力一般。
4）隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展
高層建筑的高度已經(jīng)不是制約建筑設(shè)計的主要問題了，通過計算機軟件的抗震模擬計算，使更多的高層建筑的設(shè)計方案得以優(yōu)化。高層建筑設(shè)計方案中存在的主要問題是結(jié)構(gòu)體系的選擇，隨著建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)柱截面會增大，剪力墻數(shù)量也會增多，對建筑內(nèi)部平面功能影響較大。一般結(jié)構(gòu)設(shè)計師會根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗先選擇框架結(jié)構(gòu)，然后框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)，最后選擇框筒結(jié)構(gòu)以及鋼和混凝土混合結(jié)構(gòu)。認為這樣可以節(jié)省造價。實際上這是一個誤區(qū)，只有根據(jù)建筑使用功能特點，合理選用結(jié)構(gòu)形式才是降低成本的最好途徑。隔震設(shè)施及減震設(shè)施已在許多工程得到了應(yīng)用，通過實驗室內(nèi)地震模擬實驗及國內(nèi)外一些實際工程中應(yīng)用的經(jīng)驗，會逐步在更多的現(xiàn)代建筑設(shè)計中得到應(yīng)用及發(fā)展，也會給建筑設(shè)計方案的創(chuàng)作帶來最大的自由度。
抗震墻廣泛用于多層和高層鋼筋混凝土房屋，規(guī)范規(guī)定的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋中,除框架結(jié)構(gòu)外，其余幾種結(jié)構(gòu)體系均與剪力墻有關(guān)，所以有必要對剪力墻結(jié)構(gòu)作一個重點研究。
在受力方面，因為剪力墻的剛度大，容易滿足小震作用下結(jié)構(gòu)尤其是高層結(jié)構(gòu)的位移限值。在地震作用下，其變形小，破壞程度低，可以設(shè)計成延性抗震墻，大震時通過連梁和墻肢底部的塑性鉸范圍內(nèi)的塑性變形，耗散地震能量，在與其他結(jié)構(gòu)共同工作的同時，能吸收大部分的能量，降低其他結(jié)構(gòu)的抗震要求，在設(shè)防較高的地區(qū)（8度及區(qū)以上地區(qū)）優(yōu)點更為突出。
抗震墻由墻肢和連梁兩部分組成。設(shè)計時應(yīng)遵循強墻弱梁、強剪若彎的原則。即連梁的屈服先于墻肢，連梁和墻肢均應(yīng)為彎曲屈服。與舊規(guī)范相比，新規(guī)范在剪力墻抗震設(shè)計特別是在抗震構(gòu)造方面有比較大的變化。主要包括：
（1）底部加強區(qū)高度的變化；
（2）墻肢組合截面的彎矩、剪力設(shè)計值和連梁組合的設(shè)計值；
（3）分布鋼筋的最小配筋率；
（4）增加了剪力墻的軸壓比的限值；
（5）將邊緣構(gòu)件分為約束邊緣構(gòu)件和構(gòu)造邊緣構(gòu)件；兩種邊緣構(gòu)件的構(gòu)造不同，加強了應(yīng)加強的部位，放松了可放松的部位，使抗震墻的設(shè)計更具合理性；
（6）新規(guī)范取消了舊規(guī)范的“弱連梁”和“小墻肢”的術(shù)語，代之以“跨高比”和墻肢長度和厚度的比值，應(yīng)當說在概念上是沒有區(qū)別，但89規(guī)范雖然對“弱連梁”作了規(guī)定，但在設(shè)計中難以確定什么是弱連梁。
在進行抗震墻設(shè)計時應(yīng)注意如下的要求：
1、抗震墻的布置要求：作為主要的抗側(cè)力構(gòu)件，合理的布置是構(gòu)建良好抗震性能的基礎(chǔ)。應(yīng)遵循“”即“對稱、均勻、周邊、連續(xù)”外，還須注意：
（1）將長墻分成墻段：對于抗震墻結(jié)構(gòu)和部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)，若內(nèi)縱墻很長，且連梁的跨高比小、剛度大，則墻的整體性好，在水平地震作用下，墻的剪切變形較大，墻肢的破壞高度可能超過底部加強部位的高度，新規(guī)范規(guī)定將長墻分成墻段，使墻的高寬比大于2。墻段由墻肢和連梁組成。舊規(guī)范也有相同的規(guī)定。二者的區(qū)別在于連梁。舊規(guī)范為弱連梁，而新規(guī)范為跨高比不小于6的連梁，其目的是：設(shè)置剛度和承載力較小的連梁，在地震作用下可能先破壞，使墻段成為抗側(cè)力單元，且墻段以彎曲變形為主。
（2）避免墻肢長度突變：抗震墻和部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)的墻肢的截面長度，沿高度不宜有突變，當抗震墻的洞口比較大時，以及一、二級抗震墻的底部加強區(qū)，不宜有錯洞布置的剪力墻。
2、框支層墻體的布置要求：
（1）對框支層剛度的要求：部分框支的抗震墻結(jié)構(gòu)的框支層，抗震墻減少，側(cè)向剛度降低，在地震作用時有可能將變形集中在框支層，框支層是使結(jié)構(gòu)具有良好抗震性能的關(guān)鍵部位。對于矩形平面的部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)，為避免框支層成為薄弱層或軟弱層，新規(guī)范第規(guī)定：框支層的側(cè)向剛度不應(yīng)小于上一層非框支層側(cè)向剛度的50％（應(yīng)該說規(guī)范的要求并不過分，設(shè)計時應(yīng)盡量避免這種對抗震極為不利的結(jié)構(gòu)形式。與建筑師一起努力，為建造牢固的建筑產(chǎn)品而共同奮斗）。新規(guī)范取消了舊規(guī)范對框支層落地剪力墻數(shù)量的規(guī)定，從設(shè)計上講比原規(guī)范抽象但卻更加合理，所以我建議：在平面布置時可以借用原規(guī)范的數(shù)量控制作為直觀的手段，然后進行量化計算。
（2）框支墻落地的間距不宜過大：框支層的水平地震剪力主要由落地剪力墻承擔，作用在緊鄰框支層的上一層非落地剪力墻的水平力亦通過框支層樓板傳到落地墻，為保證樓板有足夠大的平面內(nèi)剛度（傳遞水平力），新規(guī)范規(guī)定：落地墻的最大水平間距不宜大于24米，取消了原“四開間”的含糊概念。另外，新舊規(guī)范均對框支層樓板提出了具體的特殊規(guī)定（詳見附錄），希望能引起設(shè)計者的高度重視。
（3）部分落地墻宜設(shè)計成筒體，以增加抗扭剛度和抗側(cè)剛度。此條在實踐中似較難作到，但須與建筑專業(yè)很好協(xié)調(diào)的話，相信一定會有很明顯的效果。
3、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震墻布置要求：框架-抗震墻結(jié)構(gòu)在實際工程中運用最多（對高層而言）。布置要點是：位置和數(shù)量，抗震墻的數(shù)量以滿足剛度即滿足層間位移限值為宜，位置相對靈活，但應(yīng)符合規(guī)范相關(guān)的具體規(guī)定。
（1）沿房屋高度，抗震墻宜連續(xù)布置，宜全長貫通，避免切斷，且洞口宜上下對齊，避免墻肢長度的突變。對外墻而言較容易作到，這與上述的“”相統(tǒng)一，內(nèi)墻有時相對較困難。
（2）不宜開大洞口，避免削弱抗震墻的剛度。雖然取消了舊規(guī)范對洞口面積的限值的規(guī)定，但在實際中對此條規(guī)定較難掌握，由此引起的爭執(zhí)亦屢見不鮮。
（3）洞邊距柱端（指距柱內(nèi)側(cè)）不小于300㎜，以保證柱作為邊緣構(gòu)件的作用和約束邊緣構(gòu)件的長度。
（4）雙向抗側(cè)力的結(jié)構(gòu)形式。且縱橫墻宜相連，使彼此成為有翼緣的剪力墻，不但可以增加剛度，同時還能有效地提高塑性變形的能力。
（5）對于較長的房屋，不宜在房屋的端部設(shè)剪力墻，以避免溫度應(yīng)力對剪力墻的不利影響。
（6）對于一、二級抗震墻，其連梁的跨高比不宜大于5。且高度不小于400㎜。連梁有較大的剛度，可保證墻體的整體性能良好并能增大耗能能力。
（7）柱中線與梁、墻中線不宜大于柱寬的1/4，以減少地震作用對柱的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。否則應(yīng)通過加水平腋的方法或者加強柱內(nèi)配箍率等方法加以彌補。
4、抗震墻及連梁的截面尺寸的有關(guān)規(guī)定：新老規(guī)范基本相似，但具體數(shù)值并不相同。主要包括：截面尺寸、最大剪壓比、最小墻體厚度等。
（1）最大剪壓比限值：對剪跨比大于2的剪力墻和跨高比大于2.5的連梁，剪壓比不應(yīng)大于0.2；剪跨比小于2的剪力墻和跨高比小于2.5的連梁，剪壓比不大于0.15。原因是：剪跨比小的墻和跨高比小的連梁其剪切變形較大，甚至以剪切變形為主，故對剪壓比的要求應(yīng)更嚴格一些。實驗表明：剪壓比超過一定值時，將過早出現(xiàn)斜向裂縫,增加水平筋和箍筋的方法沒有作用，在箍筋水平筋未屈服前混凝土即已在剪壓的共同作用下破碎。合理的方法是：加大混凝土強度等級，加厚墻梁或加長墻的長度，但不宜加高梁的高度。在計算墻肢的剪跨比時彎矩和剪力均取地震作用下的效應(yīng)組合的計算值，當樓層上下端計算彎矩不同時，取較大值。
摘要；文章闡述了抗震設(shè)計方法的轉(zhuǎn)變，并介紹了兩種不同設(shè)計方法的優(yōu)缺點，對能量分析方法在抗震結(jié)構(gòu)計算中的應(yīng)用進行了分析。
關(guān)鍵詞：推覆分析方法；結(jié)構(gòu)能量反應(yīng)分析；地震動三要素；耗散能量
目前世界各國的抗震設(shè)計規(guī)范大多數(shù)都以保障生命安全為基本目標，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防水準，據(jù)此制定了各種設(shè)計規(guī)范和條例。依此設(shè)計思想設(shè)計的各種建筑物在地震中雖然基本保證了生命安全，卻不能在大地震，甚至在中等大小的地震中有效的控制地震損失。特別是隨著現(xiàn)代工業(yè)社會的發(fā)展，城市的數(shù)量和規(guī)模不斷擴大，城市變成了人口高度密集、財富高度集中的地區(qū)，一般的地震和1995年的日本阪神地震，造成了巨．大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。嚴重的震害引起工程界對現(xiàn)有抗震設(shè)計思想和方法上存在的不足進行深刻的反思，進一步探討更完善的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計思想和方法已成為迫切的需要。上個世紀九十年代，美國地震工程和結(jié)構(gòu)工程專家經(jīng)過深刻總結(jié)后，主張改進當前基于承載力的設(shè)計方法。加州大學伯克利分校的J.P.Moehlelll提出了基于位移的抗震設(shè)計理論；日本建設(shè)省建筑研究院根據(jù)建筑物的性能要求，提出了一個有關(guān)抗震和結(jié)構(gòu)要求的框架，內(nèi)容包括建議方案，性能目標，檢驗性能水準等：我國學者已認識到這一思潮的影響，并在各自研究領(lǐng)域加以引用和研究，如王亞勇、錢鎵茹、方鄂華、呂西林分別發(fā)表了有關(guān)剪力墻、框架構(gòu)件的變形容許值的研究成果，程耿東采用可靠度的表達形式，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件層次的可靠度應(yīng)用水平過渡到考慮不同功能要求的結(jié)構(gòu)體系，王光遠把這一理論引入到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域，提出基于功能的抗震優(yōu)化設(shè)計概念。
我國現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，主要是以承載力為基礎(chǔ)的設(shè)計，即用線彈性方法計算結(jié)構(gòu)在小震作用下的內(nèi)力、位移；用組合的內(nèi)力驗算構(gòu)件截面，使結(jié)構(gòu)具有一定的承載力；位移限值主要是使用階段的要求，也是為了保護非結(jié)構(gòu)構(gòu)件；結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力是通過構(gòu)造措施獲得的。結(jié)構(gòu)的計算分析方法基本上可以分為彈性方法和彈塑性方法。當前在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計和研究中廣泛地采用底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法等。這些方法沒有考慮結(jié)構(gòu)屈服之后的內(nèi)力重分布。實際上結(jié)構(gòu)在強震作用下往往處于非線性工作狀態(tài)，彈性分析理論和設(shè)計方法不能精確地反映強震作用下結(jié)構(gòu)的工作特性，讓結(jié)構(gòu)在強震作用下處在彈性工作狀態(tài)下工作將造成材料的巨大浪費，是不經(jīng)濟的。隨著人們認識的提高，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析設(shè)計方法經(jīng)過了兩個文獻的轉(zhuǎn)變：(1)靜力分析方法到動力分析方法的轉(zhuǎn)變：(2)從線性分析方法到非線性分析方法的轉(zhuǎn)變。其中動力分析方法就經(jīng)過了從振型分解反應(yīng)譜法到時程分析法、從線性分析到非線性分析、從確定性分析到非確定性分析的三個大的轉(zhuǎn)變。作為一種簡化實用近似方法，目前的推覆分析方法(Push—overAnalysis)受到眾多學者的重視。它屬于彈塑性靜力分析，是進行結(jié)構(gòu)在側(cè)向力單調(diào)加載下的彈塑性分析。具體做法是在結(jié)構(gòu)分析模型上施加按某種方式(研究中常用的有倒三角形、拋物線和均勻分布等側(cè)向力分布方式)模擬地震水平慣性力作用的側(cè)向力并逐步單調(diào)加大，使結(jié)構(gòu)從彈性階段開始，經(jīng)歷開裂、屈服直至達到預(yù)定的破壞狀態(tài)甚至倒塌。這樣可了解結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形特性和能量耗散及其相互關(guān)系，塑性鉸出現(xiàn)的順序和位置，薄弱環(huán)節(jié)及可能的破壞機制。這種方法彌補了傳統(tǒng)靜力線性分析方法如底部剪力法、振型分解法等的不足并克服了動力時程分析方法過程中，計算工作量大的問題，僅用于近似評估結(jié)構(gòu)抵御地震的能力。但是，傳統(tǒng)的推覆分析方法基本上只適用于第一振型影響為主的多層規(guī)則結(jié)構(gòu)，對于高層建筑或不規(guī)則的建筑，高階振型的影響不容忽視，并且對于非對稱結(jié)構(gòu)，還必須考慮正、反側(cè)反推覆的不同所帶來的影響。此外推覆分析方法無法得知結(jié)構(gòu)在特定強度地震作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)和破壞情況，這限制了它在抗震性能設(shè)計中的使用地震動能量是刻畫地震強弱的綜合指標，它綜合體現(xiàn)了地面最大加速度和地震持時兩個反映地面運動特性的重要因素。結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的能量分析方法是一種能較好地反映結(jié)構(gòu)在地震地面運動作用下的非線性性質(zhì)及地震動三要素(幅值、頻譜特性和持時)對結(jié)構(gòu)抗震性能影響的方法。地震時，結(jié)構(gòu)處于能量場中，地面與結(jié)構(gòu)之間有連續(xù)的能量輸入、轉(zhuǎn)化與耗散。研究這種能量的輸入與耗散，以估計結(jié)構(gòu)的抗震能力，是結(jié)構(gòu)抗震能量分析方法所關(guān)心的問題。結(jié)構(gòu)在地震(反復(fù)交變荷載)作用下，每經(jīng)過一個循環(huán)，加載時先是結(jié)構(gòu)吸收或存儲能量，卸載時釋放能量，但兩者不相等。兩者之差為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在一個循環(huán)中的“耗散能量”(耗能)，亦即一個滯回環(huán)內(nèi)所含的面積。能量等于力與變形的乘積。一個結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)所耗散的地震能量多，不僅因為它承擔了較大的地震作用，還因為它產(chǎn)生了較大的變形。從這個意義上來看，耗能構(gòu)件是用它自身某種程度破壞所作的犧牲，來維持整個結(jié)構(gòu)的安全。所以，每次大的地震作用之后，人們看到那些沒有其它途徑耗散所吸收的地震作用的能量的結(jié)構(gòu)，只有通過結(jié)構(gòu)自身的破壞來釋放所有的多余能量。因此，結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計應(yīng)當注意保證結(jié)構(gòu)剛度、強度和變形能力的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，如結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計就是在傳統(tǒng)的單一強度概念條件下進行的彈性抗震設(shè)計的基礎(chǔ)上，充分考慮結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的塑性變形能力，在設(shè)防烈度下允許結(jié)構(gòu)出現(xiàn)可能修復(fù)的損壞，當?shù)卣鹱饔贸^設(shè)防烈度時，利用結(jié)構(gòu)的彈塑性變形來存儲和消耗巨大的地震能量，保證結(jié)構(gòu)裂而不倒。
能量法在近半個世紀的研究中發(fā)現(xiàn)較快，但由于地震本身的復(fù)雜性能量與結(jié)構(gòu)反應(yīng)之間的關(guān)系仍需我們進行進一步的探索。
1.1低地震力取值的可行性
到二十世紀八十年代，各國設(shè)計規(guī)范都承認這樣一個事實，就是在地震作用下，結(jié)構(gòu)在真正失效前，有一個較大的塑性變形能力（結(jié)構(gòu)延性），即結(jié)構(gòu)在一個較小的地震下可能達到或者接近屈服狀態(tài)；而在較大的地震下，結(jié)構(gòu)的若干部位將陸續(xù)進入屈服后的非彈性變形狀態(tài)，并且隨著地震力的增大，結(jié)構(gòu)中進入彈塑性變形的部位增多，先進入屈服的部位彈塑性變形也增大。結(jié)構(gòu)通過這種變形耗散較多的地震傳來的能量，將其轉(zhuǎn)換成熱能。
對于“設(shè)計地震力－延性”聯(lián)合法則，我們可以從地震力和結(jié)構(gòu)相互關(guān)系上進行理解：一方面設(shè)計地震力低的結(jié)構(gòu)，通過更大的非彈性變形耗散掉更多的地震能量；另一方面結(jié)構(gòu)非彈性變形越大，剛度降低越嚴重，阻尼增大，周期比高設(shè)計地震力的結(jié)構(gòu)增長越多，結(jié)構(gòu)受到的總地震力也降低也越多。這就使得我們在設(shè)計過程中，在不降低構(gòu)件豎向承載力保證結(jié)構(gòu)延性的前提下，可以取用一個小于設(shè)防烈度地震反應(yīng)水準作為設(shè)計中取用的地震作用。反過來講，若采用的設(shè)計地震力越低，結(jié)構(gòu)屈服部位在屈服后水平和豎向承載力不降低的前提下需要達到的非彈性變形就越大，也就需要結(jié)構(gòu)有更好的延性性能。
這樣，我們就需要解決如下兩個問題：
A．如何在設(shè)防烈度地震作用與設(shè)計地震力取值之間建立恰當?shù)穆?lián)系；
B．如何在設(shè)計地震力與所要求的結(jié)構(gòu)延性建立對應(yīng)關(guān)系。
對于問題A，以N.M.Newmark為代表的眾多學者認為，將設(shè)防烈度地震加速度通過地震力降低系數(shù)R（中，美等國）或結(jié)構(gòu)性能系數(shù)q（歐共體，新西蘭等）折減為結(jié)構(gòu)設(shè)計加速度，相當于賦予結(jié)構(gòu)一個較小的屈服承載力，結(jié)構(gòu)在豎向承載力不降低的情況下，通過屈服后的非彈性變形來經(jīng)受更大的地震，實現(xiàn)“大震不倒”的目標。因而，采用低設(shè)計地震力的關(guān)鍵在于保證結(jié)構(gòu)及構(gòu)件在大震下達到所需的延性。對于地震力降低系數(shù)R或結(jié)構(gòu)性能系數(shù)q，各國設(shè)計規(guī)范存在略為不同的處理手法，不過總體而言R或q均為設(shè)防烈度地震作用與結(jié)構(gòu)截面設(shè)計所用的地震作用的比值。R或q越大，則要求結(jié)構(gòu)達到的延性能力越大，R或q越小，則結(jié)構(gòu)需要達到的延性能力越小。這樣均能實現(xiàn)“大震不倒”。
對于問題B，國外一般有如下三種設(shè)計方案：（1）較高地震力——較低延性方案；（2）中等地震力——中等延性方案；（3）較低地震力——較高延性方案。高地震力方案主要保證結(jié)構(gòu)的承載力，低地震力方案主要保證結(jié)構(gòu)的延性。實際震害表明，這三種方案，從抗震效果和經(jīng)濟性來看，都能達到設(shè)防目標。我國的抗震設(shè)計采用的是方案（3）即較低地震力——較高延性方案，即采用明顯小于設(shè)防烈度的小震地面運動加速度來確定結(jié)構(gòu)的設(shè)計地震作用，并將它與其他荷載內(nèi)力進行組合，進行截面設(shè)計，通過鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在屈服后的地震反應(yīng)過程中形成較為有利的耗能機構(gòu)，使結(jié)構(gòu)主要的耗能部位具有良好的屈服后變形能力來實現(xiàn)“大震不倒”的目標。當然，我們還要看到一點，雖然這三個方案都能保證“大震不倒”，但是在改善結(jié)構(gòu)在中小地震下的性態(tài)方面，方案（3）僅僅提高結(jié)構(gòu)的延性水平而結(jié)構(gòu)的屈服水準并沒有明顯提高是明顯不如方案（1）和（2）的。也就是說，在保證“小震不壞，中震可修”方面，方案（1）和（2）是優(yōu)于方案（3）的。
地震動以波的形式在地下及地表傳播，由于震源特點、斷層機制、傳播途徑等因素的不確定性，具有很大隨機性。要想得出地震動對于不同結(jié)構(gòu)有什么不同的反應(yīng)，就需要在地震動特性與結(jié)構(gòu)反應(yīng)架起一座橋梁。由于地震動反應(yīng)譜的形狀特征反應(yīng)了不同類型結(jié)構(gòu)動力最大反應(yīng)的特點，所以各工程中一般采用地震影響系數(shù)譜曲線作為計算地震作用的依據(jù)。
我國的譜曲線綜合考慮了烈度、震中距、場地類別、結(jié)構(gòu)自振周期和阻尼比的影響。根據(jù)新修訂的中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖，給出了抗震設(shè)防烈度（中震）下的設(shè)計基本地震加速度。通過對震級、震中距、場地類別等因素對結(jié)構(gòu)反應(yīng)譜的影響，抗震規(guī)范把動力放大系數(shù)取為2.25。根據(jù)統(tǒng)計資料，多遇地震烈度比基本烈度降低約1.55度，相當于地震作用降低0.35倍，即地震力降低系數(shù)為1/0.352.8。從而得到小震時結(jié)構(gòu)的設(shè)計加速度，其值與重力加速度的比值即為小震時水平地震影響系數(shù)最大值。
與其他國家相比，我國的地震力降低系數(shù)R2.7~2.8，其取值與新西蘭“有限延性框架”相當（R=3）；介于歐洲共同體低延性DC“L”（R=2.5）和中延性DC“M”（R=3.75）之間；比美國的“一般框架”（R=3.5）還要略小些。單純從R的角度來看，似乎中國規(guī)范在大震下的延性需求和其他國家相比處在“中等延性結(jié)構(gòu)”水平。但是中國設(shè)防烈度下水平地面運動的峰值加速度系數(shù)的取值，要比其他各個國家的低（見下表）。結(jié)構(gòu)動力放大系數(shù)相差不大都在2.25附近，而且我國的譜曲線平臺段與其他國家相比很小，下降段較陡，造成反應(yīng)譜的取值較其他國家的低，實質(zhì)上中國R＝2.8相當于歐共體的R＝5.0左右，所以實質(zhì)上，我國采用的是“較低地震力——較高延性”方案。在大震下所需要的延性需求與其他國家相比，應(yīng)該屬于高延性需求。
各國規(guī)范
美國UBC1997
新西蘭NZS3101
歐洲EC8
中國GB50011-2001
加速度系數(shù)
0.075~0.40
0.21~0.42
0.12~0.36
0.05~0.40
1.2地震作用計算
隨著反應(yīng)譜理論的不斷成熟，各個國家對地震力在結(jié)構(gòu)上的作用，都接受了底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法等方法。我國規(guī)范規(guī)定：
底部剪力法適用于高度不超過40m，以剪切變形為主且質(zhì)量剛度沿高度分布均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似單質(zhì)點的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的總地震力由確定，然后再沿高度按倒三角形分布分配，并考慮了地震中可能頂部地震力增大的頂點附加集中力。
振型分解反應(yīng)譜法適用于當前現(xiàn)有大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)體系。通過振型組合考慮各周期不同的振型在地震反應(yīng)中的參與程度。對不進行扭轉(zhuǎn)計算的結(jié)構(gòu)，先確定各振型在各質(zhì)點的水平地震作用標準值，在按照公式確定水平地震作用效應(yīng)；對進行扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)計算的結(jié)構(gòu)，其樓層取兩個正交水平位移和轉(zhuǎn)角位移三個自由度，確定各振型在各樓層兩水平方向和轉(zhuǎn)角方向的地震作用標準值，按或確定水平地震作用效應(yīng)。
規(guī)范同時還規(guī)定，對特別不規(guī)則的建筑，甲類建筑，規(guī)范表5.1.2－1所列高度范圍的高層建筑，應(yīng)用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算，可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值。另外一般彈性時程法分析的結(jié)果有利于判斷薄弱層部位。
對于9度地區(qū)高層建筑考慮豎向地震力，采取與底部剪力法類似的方法，只是豎向地震力的取值約為水平地震力取值的0.57倍左右。
對于長周期結(jié)構(gòu)，地震作用中的地面運動加速度和位移可能對結(jié)構(gòu)具有更大的影響，而振型分解反應(yīng)譜法無法對此作出估計，新規(guī)范同時還增加了樓層水平地震剪力最小值的要求，見抗震規(guī)范5.2.5條。
2結(jié)構(gòu)抗震變形驗算
抗震設(shè)防三水準的要求是通過兩階段設(shè)計來保證的：多遇地震下的承載力驗算，建筑主體結(jié)構(gòu)不受損，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件沒有過重破壞保證建筑正常使用功能；罕遇地震作用下建筑主體結(jié)構(gòu)遭遇破壞，但不倒塌。結(jié)構(gòu)抗震變形驗算是兩階段設(shè)計很重要的內(nèi)容。
第一階段設(shè)計，變形驗算以彈性層間位移角表示。以保證結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件不開裂或開裂不明顯，保證結(jié)構(gòu)整體抗震性能。新規(guī)范增加了變形驗算的范圍，對以彎曲變形為主的高層建筑可以扣除結(jié)構(gòu)的整體彎曲變形，因為這部分位移對結(jié)構(gòu)而言是無害位移，只是人的舒適度感覺不同而已，
第二階段的變形驗算為罕遇地震下薄弱層彈塑性變形驗算，以彈塑性層間位移表示。根據(jù)震害經(jīng)驗、實驗研究和計算結(jié)果分析提出了構(gòu)件和節(jié)點達到極限變形時的層間極限位移角，防止結(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性變形過大引起結(jié)構(gòu)倒塌。規(guī)范對驗算的范圍有明確規(guī)定，但考慮到彈塑性變形計算的復(fù)雜性和缺乏實用軟件，對不同建筑有不同要求。在以后發(fā)展中可以把驗算范圍推廣到更大，甚至可以基于位移控制法來設(shè)計結(jié)構(gòu)，滿足某些類型的建筑對結(jié)構(gòu)位移的特殊要求，來保證結(jié)構(gòu)的位移在可接受范圍。
需要說明的是，現(xiàn)階段的位移控制和抗震設(shè)計還限于單一地震下結(jié)構(gòu)的反應(yīng)。如何有效考慮在地震高發(fā)區(qū)及多次地震下累積損傷對結(jié)構(gòu)變形和抗震性能的影響，保證結(jié)構(gòu)整個壽命期內(nèi)的安全，需要進一步的研究。
3以框架結(jié)構(gòu)為例談抗震概念設(shè)計
由于建筑抗震設(shè)計的復(fù)雜性，在實際工程中抗震概念設(shè)計就顯得尤為重要。它主要包括以下內(nèi)容：建筑設(shè)計應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的規(guī)則性；選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)體系；抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性設(shè)計。本文以框架為例重點介紹抗震概念設(shè)計中的能力設(shè)計法（capacitydesign）。
能力設(shè)計法是結(jié)構(gòu)延性設(shè)計的主要內(nèi)容，包括我國規(guī)范的內(nèi)力調(diào)整和構(gòu)造兩個方面。它是二十世紀70年代后期，新西蘭知名學者T.Paulay和Park提出的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計地震力取值偏低的情況下具有足夠延性的方法。其核心思想為：通過“強柱弱梁”引導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成“梁鉸機構(gòu)”或者“梁柱鉸機構(gòu)”；通過“強剪弱彎”避免結(jié)構(gòu)在達到預(yù)計延性能力前發(fā)生剪切破壞；通過必要構(gòu)造措施使可能形成塑性鉸的部位具有必要的塑性轉(zhuǎn)動能力和耗能能力。從以上三個方面保證使結(jié)構(gòu)具有必要的延性?？蚣芙Y(jié)構(gòu)作為常見的結(jié)構(gòu)形式，當然其延性設(shè)計也主要是從這三個方面來體現(xiàn)的。
3.1強柱弱梁
結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析表明，結(jié)構(gòu)的變形能力和破壞機制有關(guān)。常見有三種典型的耗能機構(gòu)，“梁鉸機構(gòu)”、“柱鉸機構(gòu)”、“梁柱鉸機構(gòu)”。“梁鉸機構(gòu)”和“梁柱鉸機構(gòu)”的梁先屈服，可使整個框架有較大的內(nèi)力重分布和能量消耗能力，極限層間位移大，塑性鉸數(shù)量多，不因個別塑性鉸失效而結(jié)構(gòu)整體失效。因而抗震性能好，是鋼筋混凝土理想的耗能機構(gòu)。我國規(guī)范采用的是允許柱子、剪力墻出鉸的梁柱鉸方案，采取相對的“強柱弱梁”措施，推遲柱子的出鉸時間。但不能完全排除出現(xiàn)薄弱層的柱鉸機構(gòu)的可能性，因而需要限制柱子的軸壓比，必要時通過時程分析法判斷結(jié)構(gòu)的薄弱層，防止出現(xiàn)柱鉸機構(gòu)。
我們常見的“強柱弱梁”的調(diào)整措施就是要人為增大柱子的抗彎能力，誘導(dǎo)在梁端先出現(xiàn)塑性鉸。這是考慮到柱中實際彎矩在地震中的可能增大。在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性鉸之前，結(jié)構(gòu)構(gòu)件因拉區(qū)混凝土開裂和壓區(qū)混凝土的非彈性性質(zhì)，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)退化，使得各構(gòu)件剛度降低。梁剛度降低較受壓的柱子相對嚴重，結(jié)構(gòu)由最初的剪切型變形向剪彎形變形過渡，柱內(nèi)的彎矩較梁端的彎矩比例增大；同時結(jié)構(gòu)的周期加長，影響到結(jié)構(gòu)各振型的參與系數(shù)的大?。坏卣鹆ο禂?shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致部分柱子彎矩增大，由于構(gòu)造原因及設(shè)計中鋼筋的人為增大，使得梁的實際屈服強度提高，從而使得梁出現(xiàn)塑性鉸時柱內(nèi)彎矩增大。結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性鉸之后，同樣有上述原因的存在，而且結(jié)構(gòu)屈服后的非彈性過程就是地震力進一步增大的過程，柱彎矩隨地震力的增大而增大。地震力引起的傾覆力矩改變了柱內(nèi)的實際軸力。我們規(guī)范中的軸壓比限值一般能保證柱子在大偏壓的范圍內(nèi)，軸力的減小也能導(dǎo)致柱子屈服能力的降低。
抗震規(guī)范規(guī)定：除框架頂層和柱軸壓比小于0.15者及框支梁與框支柱以外，柱端彎矩設(shè)計值應(yīng)符合分別為一級取1.4，二級取1.2，三級取1.1。9度及一級框架結(jié)構(gòu)尚應(yīng)符合，根據(jù)實配鋼筋面積及材料強度標準值確定。底層柱軸力大，塑性轉(zhuǎn)的能力差，為避免柱腳出鉸后壓潰，一、二、三級框架結(jié)構(gòu)底層，柱端截面組合彎矩設(shè)計值分別乘以增大系數(shù)1.5，1.25和1.15。角柱的調(diào)整后的組合彎矩尚應(yīng)乘以不小于1.10的系數(shù)。對一級抗震等級的剪力墻肢截面組合彎矩設(shè)計值進行調(diào)整，迫使塑性鉸出現(xiàn)在墻肢底部加強部位，底部加強部位及以上一層彎矩設(shè)計值取墻肢底部截面組合彎矩設(shè)計值，其它部位乘以1.2的增大系數(shù)。對部分框支抗震墻結(jié)構(gòu)，一、二級框支柱的柱上端和底層柱下端，其組合彎矩設(shè)計值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.5和1.25。
以上“強柱弱梁”的調(diào)整措施，經(jīng)過非線性動力反應(yīng)分析表明，基本滿足大震不倒地要求。在7度區(qū)，梁的鋼筋由重力荷載控制，柱的鋼筋基本由最小配筋率控制。全面增大了柱梁相對抗彎能力。同時，7度區(qū)很難出現(xiàn)正彎矩塑性鉸，對抵抗大震起到有利作用。在9度區(qū)，采用實配鋼筋面積和材料強度標準值計算柱內(nèi)彎矩，構(gòu)造上梁鋼筋的增大同樣導(dǎo)致柱內(nèi)彎矩設(shè)計值的增大，在多波輸入下，梁端塑性鉸轉(zhuǎn)動大，發(fā)展較充分，柱端塑性鉸發(fā)展不充分，轉(zhuǎn)動較小。塑性變形更多集中與梁端，滿足抗震能力設(shè)計要求。對8度區(qū)，其大震位移反應(yīng)同9度差不多，但柱端塑性鉸較9度多，轉(zhuǎn)動大，梁端塑性鉸出現(xiàn)充分但轉(zhuǎn)動小，因而“強柱弱梁”效果不明顯，有關(guān)專家建議8度二級抗震等級時，彎矩增大系數(shù)宜取1.35，這有待進一步的完善。
3.2強剪弱彎
“強剪弱彎”是為了保證塑性鉸截面在達到預(yù)期非彈性變形之前不發(fā)生剪切破壞。就常見的結(jié)構(gòu)而言，主要表現(xiàn)在梁端、柱端、剪力墻底部加強區(qū)、剪力墻洞口連梁端部、梁柱節(jié)點核心區(qū)。與非抗震相比，增強措施主要表現(xiàn)在提高作用剪力；調(diào)整抗剪承載力兩個方面。
3.2.1作用剪力
一、二、三級框架梁和抗震墻中跨高比大于2.5的連梁，剪力設(shè)計值其中，一級取1.3，二級取1.2，三級取1.1，一級框架結(jié)構(gòu)及9度尚應(yīng)符合。一、二、三級框架柱和框支柱，剪力設(shè)計值其中，一級取1.4，二級取1.2，三級取1.1，一級框架結(jié)構(gòu)及9度尚應(yīng)符合。一、二、三級抗震墻底部加強部位，剪力設(shè)計值其中，一級取1.6，二級取1.4，三級取1.2，9度尚應(yīng)符合。梁柱節(jié)點，一、二級抗震等級進行節(jié)點核心區(qū)抗震受剪承載力驗算，三四級應(yīng)符合抗震構(gòu)造措施，對9度設(shè)防及一級抗震等級的框架結(jié)構(gòu)，考慮到梁端已出現(xiàn)塑性鉸，節(jié)點的剪力完全由梁端實際屈服彎矩決定，按梁端實配鋼筋面積和材料強度標準值計算，同時乘以1.15的增大系數(shù)。其它一級按梁端彎矩設(shè)計值計算，剪力增大系數(shù)為1.35，二級為1.2。
3.2.2抗剪公式
國內(nèi)外低周反復(fù)荷載作用下鋼筋混凝土連續(xù)梁及懸臂梁受剪承載力實驗表明，混凝土剪壓區(qū)剪切強度的降低、斜裂縫間骨料咬合力及縱筋暗銷力的降低是梁受剪承載力降低的主要原因。規(guī)范對混凝土的受剪承載力降為非抗震的60％，鋼筋項沒有降低。同樣，對偏壓柱受剪承載力實驗表明，反復(fù)加載使柱受剪承載力降低10％~30%，主要由混凝土項引起，采取與梁相同的作法。對剪力墻的實驗表明，其反復(fù)加載比單調(diào)加載受剪承載力降低15％~20%，采用非抗震受剪承載力乘以0.8的折減系數(shù)。梁柱節(jié)點的抗震受剪承載力由混凝土斜壓桿和水平箍筋兩部分受剪承載力組成，有關(guān)專家給出了相關(guān)公式。
為了防止梁、柱、連梁、剪力墻、節(jié)點發(fā)生斜壓破壞，我們對受剪截面規(guī)定了受剪承載力上限，即規(guī)定了配箍率的上限值。
通過非彈性動力反應(yīng)分析表明，以上措施基本滿足強剪弱彎的要求。由于二級抗震等級梁柱在大震下塑性轉(zhuǎn)動仍很大，有關(guān)專家建議剪力增大系數(shù)不宜比一級相差過大，對梁取1.25較好，對柱宜取1.3~1.35。其取值的合理性有待于進一步完善。
需要說明的是，梁柱節(jié)點受力非常復(fù)雜，要保證梁柱鋼筋在節(jié)點中的可靠錨固，同時在梁柱端發(fā)生抗彎破壞前，節(jié)點不發(fā)生剪切破壞，其實質(zhì)應(yīng)屬于“強剪弱彎”的范疇。而且，節(jié)點僅對一、二級抗震等級的剪力進行調(diào)整，其增大系數(shù)比柱的要小，構(gòu)造措施也比柱端弱些。因而，“更強節(jié)點”的說法，不值得提倡。
3.3構(gòu)造措施
構(gòu)造措施是梁、柱、剪力墻塑性鉸區(qū)要達到實際需要的塑性轉(zhuǎn)動能力和耗能能力的保證。它與“強剪弱彎”、“強柱弱梁”相互關(guān)聯(lián)，一起保證結(jié)構(gòu)的延性?！皬娂羧鯊潯笔潜ＷC塑性鉸轉(zhuǎn)動能力和耗能能力的前提；“強柱弱梁”的嚴格程度，影響相應(yīng)的構(gòu)造措施，若實行嚴格的“強柱弱梁”，保證柱子除底部外不出現(xiàn)塑性鉸，相應(yīng)的軸壓比等構(gòu)造措施就要松些。我國采取相對的“強柱弱梁”，延緩柱子出鉸的時間，所以需要采取較嚴的構(gòu)造措施。
3.3.1梁的構(gòu)造措施
梁塑性鉸截面的延性與很多因素有關(guān)，截面延性隨受拉鋼筋配筋率及屈服強度的提高而降低；隨受壓鋼筋配筋率和混凝土強度提高而提高，隨截面寬度增大而增大；塑性鉸區(qū)的箍筋可以防止縱筋的壓屈、提高混凝土極限壓應(yīng)變、阻止斜裂縫的開展、抵抗剪力，充分發(fā)揮塑性鉸的變形和耗能能力；梁高跨比越小，剪切變形比例越大，易發(fā)生斜裂縫破壞，使延性降低。梁縱筋配箍率過低，梁開裂后鋼筋可能屈服甚至拉斷。因而，規(guī)范對于梁縱筋最大配筋率和最小配筋率、箍筋加密區(qū)長度、最大間距、最小直徑、最大肢距、體積配箍率都有嚴格規(guī)定。為了抵抗梁端可能的正彎矩，保證截面延性，對梁端拉壓鋼筋面積比作出了限制。同時，還對梁的最小寬度、跨高比、高寬比做了規(guī)定。
3.3.2柱的構(gòu)造措施
柱為壓彎型受力構(gòu)件，軸壓比對延性及耗能性影響較大。軸壓比小時，柱子發(fā)生大偏壓破壞，構(gòu)件變形大，延性好，但耗能性降低；隨軸壓比的增大，耗能性增大，但是延性急劇下降，而且箍筋對延性的幫助減小。我們對于采用低地震力設(shè)計的柱子，主要保證其延性，而耗能性放到第二位。規(guī)范對軸壓比作出了限制，一般能保證在大偏壓的范圍內(nèi)。箍筋同樣也對延性起到很大的作用，約束縱筋、提高混凝土壓應(yīng)變、阻止斜裂縫發(fā)展。柱一般為對稱配筋，其縱筋配筋率越大，柱子屈服時變形越大，延性越好。因而對柱子的縱筋最小配筋率、箍筋加密區(qū)長度、最大間距、最小直徑、最大肢距、體積配箍率做出了嚴格規(guī)定。同時對柱子的高寬比、剪跨比、截面最小高度、寬度做出了規(guī)定，以提高抗震性能。
3.3.3節(jié)點構(gòu)造措施
節(jié)點作為梁柱鋼筋的錨固區(qū)，對結(jié)構(gòu)性能影響很大。為保證在地震和豎向荷載作用下，節(jié)點核心區(qū)剪壓比偏低時為節(jié)點核心區(qū)提供必要的約束，保持節(jié)點在不利情況下的基本抗剪能力，使梁柱縱筋可靠錨固，對節(jié)點核心區(qū)的箍筋最大間距、最小直徑、體積配箍率做出了規(guī)定。梁柱縱筋在節(jié)點的可靠錨固是節(jié)點構(gòu)造措施的主要內(nèi)容。規(guī)范對梁筋過中節(jié)點的直徑；對梁柱縱筋錨固長度；錨固方式都有詳細的規(guī)定。
3.3.4剪力墻構(gòu)造措施
為保證剪力墻的延性和耗能能力，為墻肢提供約束，防止出現(xiàn)大的裂縫，規(guī)范對剪力墻的邊緣構(gòu)件做出了詳細規(guī)定；同時也對剪力墻的軸壓比作出了限制；為保證剪力墻的承載力和側(cè)向剛度，對剪力墻提出了最小墻厚的要求；為防止斜拉剪切破壞，限制斜裂縫的發(fā)展，減小溫度收縮裂縫，對剪力墻的水平、豎向分布筋的最小配筋率、最大間距、最小直徑做出了規(guī)定。
綜上所述；框架結(jié)構(gòu)主要就是通過計算和構(gòu)造措施來實現(xiàn)“追求梁鉸機構(gòu)的能力設(shè)計方案”從而，進而實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準設(shè)防目標的。
參考文獻
1白紹良等.從各國設(shè)計規(guī)范對比看我國鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震能力設(shè)計措施的有效性（一、二）重慶大學土木工程學院，2001
1前言
我國位于四川西部的南北地震構(gòu)造帶,其地震的頻度高、強度大。我國大陸地震活動目前正處于本世紀以來的第五個活躍期。四川已經(jīng)缺震7級以上地震近23年,缺震6級以上地震近10年。目前,四川的地震形勢十分嚴峻。
地震造成人民生命財產(chǎn)損失的主要原因,是由地震引起的建筑物(絕大部分是磚房)和工程設(shè)施的破壞,以及次生災(zāi)害。國內(nèi)外歷次地震的經(jīng)驗告訴我們:抓好抗震設(shè)防地區(qū)建設(shè)工程的抗震設(shè)計,是減輕未來地震災(zāi)害損失最積極、最有效和最根本的措施。
據(jù)文獻［4］記載,全國城鎮(zhèn)民用建筑中以磚砌體作為墻體材料的占90%以上;據(jù)有關(guān)部門近兩年對四川省的16個城鎮(zhèn)各類公建房屋統(tǒng)計顯示,多層磚房(含底框磚房)所占(面積)比例達89%;筠連縣城的這類房屋,預(yù)計所占比例在90%以上。所以,磚房是我國房屋建筑的主體。同時,磚房在歷次地震中的震害又是嚴重的。據(jù)對1976年我國唐山7.8級地震震害統(tǒng)計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此大,主要原因是磚砌體是一種脆性結(jié)構(gòu),其抗拉和抗剪能力均低,在強烈地震作用下,磚結(jié)構(gòu)易于發(fā)生脆性的剪切破壞,從而導(dǎo)致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚房的設(shè)計中再過度追求大開間、大門洞、大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力
2目前多層磚房抗震設(shè)計中存在的主要問題
(1)城市住宅磚房建設(shè)中,房屋超高或超層時有發(fā)生,尤其是底層為“家?guī)У辍钡拇u房,高度超過限值1m以上。
(2)在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結(jié)構(gòu)體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內(nèi)框架結(jié)構(gòu)。有的僅將構(gòu)造柱和圈梁局部加大,當作框架結(jié)構(gòu)。
(3)住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構(gòu)造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復(fù)雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數(shù)不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續(xù)等等。
(4)多層磚房抗震設(shè)計中,未作抗震承載力計算的占多數(shù),加之缺乏工程經(jīng)驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。
(5)多層磚房抗震設(shè)計中,所采取的抗震措施區(qū)別較大。構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置:多數(shù)設(shè)計富余較大,部分設(shè)計設(shè)置不足(含大洞口兩側(cè)未設(shè)構(gòu)造柱);抗震連接措施:多數(shù)設(shè)計不完整或未交待清楚,有的設(shè)計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。
3多層磚房抗震設(shè)計意見
我國建筑抗震設(shè)防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設(shè)計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”;滿足結(jié)構(gòu)體系、平立面布置和抗震措施等要求,房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數(shù)及構(gòu)造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。
確保多層磚房抗震設(shè)計質(zhì)量,主要有以下三個方面的內(nèi)容。
3.1抗震概念設(shè)計
3.1.1房屋的高度和層數(shù)
實心粘土磚的多層磚房,墻厚不小于240mm,總層數(shù)不應(yīng)超過文獻［1］表5.1.2的規(guī)定,總高度不宜超過表5.1.2的規(guī)定,高度允許稍有選擇的范圍應(yīng)不大于0.5m。需要特別指明的是,表5.1.2是適用于橫墻較多的多層磚房。橫墻較多是指同一層內(nèi)開間大于4.2m的房間占該層總面積的1/4以內(nèi)。對于醫(yī)院、教學樓等橫墻較少的多層磚房總高度,應(yīng)比表5.1.2的規(guī)定降低3m,層數(shù)相應(yīng)減少一層;對橫墻很少的多層磚房,應(yīng)根據(jù)具體情況,在橫墻較少的基礎(chǔ)上,再適當降低總高度和減少層數(shù);對抗震橫墻最大間距超過文獻［1］表5.1.5要求的多層磚房,已不屬于側(cè)力作用下的剛性房屋,不能按多層磚房設(shè)計,應(yīng)按空曠房屋進行抗震設(shè)計。多層磚房總高度與總寬度的最大比值,不應(yīng)超過文獻［1］表5.1.3的要求。
房屋的總高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可從地下室室內(nèi)地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室(符合文獻［2］第250頁半地下室在地面下嵌固的條件)可從室外地面算起;頂層利用閣樓坡屋面設(shè)躍層時應(yīng)算到山尖墻的半高處。多層磚房的層高不宜超過4m。房屋總寬度的確定,可分下列四種情況:對于規(guī)則平面,可按房屋的總體寬度計算,不考慮平面上局部凸出或凹進;對于凸出或凹進的較規(guī)則平面,房屋寬度可按加權(quán)平均值計算或近似取平面面積除以長度;對懸挑單邊走廊或單邊由外柱承重的走廊房屋,房屋寬度不包括走廊部分的寬度;對設(shè)有外墻的單面走廊房屋,房屋寬度可以包括1/2走廊部分的寬度。
3.1.2結(jié)構(gòu)體系
應(yīng)優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。同一結(jié)構(gòu)單元中應(yīng)采用相同的結(jié)構(gòu)類型,不應(yīng)采用磚房與底框磚房或內(nèi)框架磚房或框架結(jié)構(gòu)等“混雜”的結(jié)構(gòu)類型。墻體布置應(yīng)滿足地震作用有合理的傳遞途徑?？v橫向應(yīng)具有合理的剛度和強度分布,應(yīng)避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產(chǎn)生應(yīng)力集中或塑性變形集中;對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取措施提高其抗震能力。
3.1.3平、立面布置
建筑的平面布置和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則、對稱,平面形狀應(yīng)具有良好的整體作用。縱、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設(shè)在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處;建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應(yīng)連續(xù),避免剛度突變;豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側(cè)力構(gòu)件的承載力突變。8度和9度時,當房屋的立面高差較大、錯層較大和質(zhì)量及剛度截然不同時,宜采用防震縫將結(jié)構(gòu)分割成平面和體形規(guī)則的獨立單元。房屋的頂層不宜設(shè)置大會議室、舞廳等空曠大房間,房屋的底層不宜設(shè)鋪面等通敞開大門洞。當確需設(shè)置時,應(yīng)采取彌補薄弱部位的加強型措施或進行專門研究。
多層磚房門窗間墻的局部尺寸宜符合文獻［1］表5.1.6的要求。當部分的局部尺寸不滿足要求時,如該部位已設(shè)構(gòu)造柱,可對已設(shè)構(gòu)造柱增大截面及配筋;如該部位原未設(shè)構(gòu)造柱,則可用增設(shè)構(gòu)造柱來滿足要求。房屋轉(zhuǎn)角處的門窗間墻承受雙向側(cè)向應(yīng)力,其局部尺寸應(yīng)不小于1m;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時,其限值可放寬到0.8m;內(nèi)墻門間墻局部尺寸不滿足要求時,可用設(shè)構(gòu)造柱來滿足。
值得指出的是,近幾年在多層磚房的抗震設(shè)計中,較普遍存在為了客廳開大門洞,不惜犧牲門間墻寬度的現(xiàn)象。這是個對局部尺寸認識不足的概念設(shè)計問題,一是認為部分不滿足局部尺寸要求關(guān)系不大;二是認為只要用擴大了的構(gòu)造柱替代門間墻就沒有問題了,在設(shè)計中將構(gòu)造柱當作“靈丹妙藥”到處使用。應(yīng)當明白,磚砌體和砼的變形模量差別很大,雖然磚砌體與構(gòu)造柱和圈梁可以協(xié)同工作,增加房屋的延性,但是它們不能同時段進入工作狀態(tài),在“中震”階段的抗震承載力主要由磚砌體承擔。因此,砌體結(jié)構(gòu)中過多配置砼的桿系構(gòu)件,其作用是有限的。
3.2抗震計算
抗震計算是抗震設(shè)計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎(chǔ)。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉(zhuǎn)影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設(shè)計中,不作抗震驗算是較普遍的現(xiàn)象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。多層磚房的抗震計算比較容易,文獻［2］中有較完整的計算實例,可供手算時參考。筆者經(jīng)對7度區(qū)若干幢規(guī)則的7層住宅磚房抗震計算分析顯示,底層所用混合砂漿的強度等級不能低于M10。
3.3抗震措施
保障多層磚房的抗震措施,是多層磚房“大震不倒”和不作“二階段設(shè)計”的關(guān)鍵。多層磚房的抗震措施內(nèi)容較多,概括起來,可分為三部分。
3.3.1構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置
對橫墻較多的多層磚房,應(yīng)按文獻［1］表5.3.1的要求設(shè)置構(gòu)造柱;對橫墻較少或橫墻很少的多層磚房,應(yīng)根據(jù)房屋增加一層或二層后的層數(shù),按表5.3.1的要求設(shè)置構(gòu)造柱。表中的“較大洞口”,設(shè)計中可界定為:門洞寬不小于2m和窗洞寬不小于2.3m;“大房間”可界定為:層高超過3.6m或長度大于7.2m。
對橫墻承重或縱橫墻共同承重的裝配式鋼筋砼樓、屋蓋或木樓、屋蓋的多層磚房,應(yīng)按文獻［1］表5.3.5的要求設(shè)置圈梁;對于隔開間或每開間設(shè)置構(gòu)造柱的多層磚房,應(yīng)沿設(shè)有構(gòu)造柱的橫墻及內(nèi)、外縱墻在每層樓蓋和屋蓋處均設(shè)置閉合的圈梁。
值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜過大,通常按文獻［1］第5.3.6條要求的數(shù)值或提高一個等級采用就可以了,不宜無限提高。同理,圈梁的作用也是有限的。
3.3.2構(gòu)件間的連接措施
多層磚房各構(gòu)件間的抗震構(gòu)造連接是多層磚房抗震的關(guān)鍵?？拐饦?gòu)造連接的部位較多,重要部位的連接措施有下列幾項。
a)構(gòu)造柱與樓、屋蓋連接
當為裝配式樓、屋蓋時,構(gòu)造柱應(yīng)與每層圈梁連接(多層磚房宜每層設(shè)圈梁);當為現(xiàn)澆樓、屋蓋時,在樓、屋蓋處設(shè)240mm×120mm拉梁(配4φ10縱筋)與構(gòu)造柱連接。
b)構(gòu)造柱與磚墻連接
構(gòu)造柱與磚墻連接處應(yīng)砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500mm設(shè)2φ6拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1m。
c)墻與墻的連接
7度時層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間,以及8度和9度時,外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻交接處,當未設(shè)構(gòu)造柱時,應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)2φ6拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1m。
d)屋頂間的連接
突出屋面的樓梯間等,構(gòu)造柱應(yīng)從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。屋頂間的構(gòu)造柱與磚墻以及磚墻與磚墻的連接,可按上述抗震措施采取。
(5)后砌體的連接
后砌的非承重砌體隔墻,應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)2φ6拉結(jié)鋼筋與承重墻連接,每邊伸入墻內(nèi)不小于0.5m。8度和9度時,長度大于5.1m的后砌墻頂,應(yīng)與樓、屋面板或梁連接。
(6)欄板的連接
磚砌欄板應(yīng)配水平鋼筋,且壓頂臥梁應(yīng)與砼立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構(gòu)造柱。
(7)構(gòu)造柱底端連接
構(gòu)造柱可不單獨設(shè)基礎(chǔ)(承重構(gòu)造柱除外),但應(yīng)伸入室外地面下500mm,或錨入室外地面下不小于300mm的地圈梁。
3.3.3懸臂構(gòu)件的連接
(1)女兒墻的穩(wěn)定措施
6～8度時,240mm厚無錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過0.5m,當超過時,女兒墻應(yīng)按抗震構(gòu)造圖集要求采取穩(wěn)定措施。女兒墻的計算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起,當屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結(jié)時,計算高度可從板面算起。
(2)懸挑構(gòu)件
懸臂陽臺挑梁的最大外挑長度不宜大于1.8m,不應(yīng)大于2m。
不應(yīng)采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。
4結(jié)語
多層磚房在城鄉(xiāng)建設(shè)中量大面廣,又是人類活動和生活的主要場所。因此,加強多層磚房抗震設(shè)計,重視多層磚房抗震設(shè)計中的三個環(huán)節(jié),就能使多層磚房的地震破壞降低到最低限度。
參考文獻
1建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GBJ11—89)及1993年局部修訂.中國建筑工業(yè)出版社,1989遼寧科學技術(shù)出版社,1993
2建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊叢書編委會.建筑抗震設(shè)計手冊.中國建筑工業(yè)出版社,1994
1)建筑結(jié)構(gòu)的平面布置。建筑結(jié)構(gòu)的平面布置是影響結(jié)構(gòu)抗震的重要因素，合理的建筑平面布置對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是至關(guān)重要的。大量地震災(zāi)害表明，平面布置簡單、對稱規(guī)則、質(zhì)量和剛度分布比較均勻并且具有明確傳力途徑的建筑結(jié)構(gòu)在地震時不容易發(fā)生破壞。規(guī)則結(jié)構(gòu)能較為準確地預(yù)估結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)和地震時的反應(yīng)，較容易采取有效的抗震措施及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施來加強其抗震性能。相反，平面布置復(fù)雜、不對稱且不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，其地震作用效應(yīng)很難估計的。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)中規(guī)范規(guī)定，宜采用規(guī)則結(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。
2)建筑結(jié)構(gòu)的體系選擇。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，就優(yōu)先采用具有多道防線的結(jié)構(gòu)體系。例如:框架—剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)。這三種結(jié)構(gòu)可以作為地震區(qū)高層建筑的首選體系。當建筑物高度不高且層數(shù)不多時，可采用框架結(jié)構(gòu)。但當建筑物位于地震區(qū)，且高度均較高時，應(yīng)避免采用框架結(jié)構(gòu)、板柱剪力墻結(jié)構(gòu)。因為，地震具有強破性且持續(xù)時間很長，往復(fù)次數(shù)較多，能夠?qū)ㄖ镌斐衫鄯e破壞。單一的結(jié)構(gòu)體系在遭遇地震時，一旦發(fā)生破壞，很容易造成房屋倒塌，危及人們的生命及財產(chǎn)的安全。當結(jié)構(gòu)體系具有多道防線時，當遭遇地震時，第一道防線遭破壞后，后續(xù)的防線仍然能抵抗地震的沖擊力，可以最低限度的防止建筑物的倒塌，給人們以充分的時間進行逃生，保證人民的生命安全。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的多道防線是進行抗震設(shè)計時所必須設(shè)置的。
3)結(jié)構(gòu)薄弱層。當建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度分布不均勻、豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)和樓層承載力突變時，容易產(chǎn)生薄弱層。薄弱層在地震中是最先遭受破壞的部位。因此，對有明顯薄弱層的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施來提高其抗震能力。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際承載能力是判斷薄弱層部位的基礎(chǔ)，有意識、有目的地控制薄弱層部位，讓它有足夠的變形能力，而且不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的重要手段。
2高層建筑抗震設(shè)計常見問題
1)高層建筑結(jié)構(gòu)的地基問題。高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段，應(yīng)有完善的巖土工程勘察報告，為結(jié)構(gòu)工程提供基本的設(shè)計依據(jù)。建筑結(jié)構(gòu)場地應(yīng)選擇在有較穩(wěn)定的基巖、開闊、平坦、土層堅硬或較密實的有利地段，不應(yīng)建造在容易發(fā)生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危險地段，有利地段的建造對建筑物的抗震是十分有利的。有時由于建設(shè)單位工期要求，在確定方案后設(shè)計人員就直接進入了施工圖設(shè)計階段，從而忽略了巖土工程勘察資料和場地的選擇，從而給后續(xù)工作帶來不必要的麻煩。
2)高層建筑結(jié)構(gòu)平面布置問題。高層建筑為了追求外立面效果的美觀而設(shè)計成平面不規(guī)則、不對稱且有較大凹進或較大開洞的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)對抗震十分不利。因此，在建筑方案正式確定前，結(jié)構(gòu)工程師就應(yīng)對建筑平面布置、體型方面的內(nèi)容提出自己的見解，及時和建筑師進行溝通，盡量選用平面、豎向規(guī)則對稱、質(zhì)量和剛度、承載力均勻的平面布置，這對抗震十分有利。
3)高層建筑結(jié)構(gòu)的高度問題。如今的高層建筑結(jié)構(gòu)的高度越來越高，甚至出現(xiàn)了很多超高層的高層建筑，這就對結(jié)構(gòu)工程師的專業(yè)知識提出了更高的要求。不同的高度對應(yīng)不同的結(jié)構(gòu)體系，規(guī)范上有明確規(guī)定。一旦結(jié)構(gòu)超過了規(guī)范規(guī)定的限制高度，就應(yīng)通過專門的審查、論證進行更嚴格的計算分析和研究。
4)高層建筑抗震設(shè)防等級的選取問題?？拐鸬燃壥墙Y(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要依據(jù)，抗震等級選取不當將給建筑物的安全帶來許多隱患，對工程造價也會帶來不必要的浪費?？拐鸬燃壐鶕?jù)房屋的場地類別、抗震設(shè)防烈度、建筑高度、結(jié)構(gòu)類型等因素綜合評定。每個結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)當熟練掌握結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計和規(guī)范知識，做到該提高的應(yīng)當提高其抗震等級，該降低則應(yīng)適當降低。
5)計算軟件的合理應(yīng)用。高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，應(yīng)該應(yīng)用正規(guī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件進行設(shè)計，軟件中的各個參數(shù)指標能夠正確反映建筑物的特征。結(jié)構(gòu)工程師能正確分析結(jié)構(gòu)軟件所計算的結(jié)果，并做出正確的判斷。但有時計算機設(shè)計會給結(jié)構(gòu)工程師帶來一種錯覺，有的結(jié)構(gòu)工程師往往過分依賴計算結(jié)果，而減少了結(jié)構(gòu)的概念學習。一旦選擇了錯誤的計算參數(shù)，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計出現(xiàn)問題，對結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟方面造成影響。因此，結(jié)構(gòu)工程師應(yīng)加強自身的業(yè)務(wù)學習和抗震概念設(shè)計的理解，做到熟練掌握相關(guān)的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，并且根據(jù)自身的專業(yè)知識配合計算結(jié)果選擇最佳的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。
自從1886年世界上第一棟近代高層建筑——美國芝加哥家庭保險公司大樓（HomeIuranceBuilding，10層，高55m）建成以來，至今已有100多年的歷史了。高層建筑不僅在材料和結(jié)構(gòu)體系上逐漸多樣化，而且在高度上也有大幅度增長。而一次又一次地震災(zāi)難及教訓(xùn)，警示人們：防震減災(zāi)任重道遠，刻不容緩。
從上個世紀開始，各國的專家、學者對抗震設(shè)計進行了一系列研究。進入90年代，結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計已提到各國建筑設(shè)計的歷史日程。特別是我國處于地震多發(fā)區(qū)（地震基本烈度6度及其以上的地震區(qū)面積約占全國面積的60%），高層抗震設(shè)計設(shè)防更是工程設(shè)計面臨的迫切的任務(wù)。作為工程抗震設(shè)計的依據(jù)，高層建筑抗震分析更處于非常重要的地位。
二、材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問題在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理應(yīng)該得到人們的重視。
我國高層建筑中常采用的結(jié)構(gòu)體系有：框架、框架-剪力墻、剪力墻和筒體等幾種體系，這也是其他國家高層建筑采用的主要體系。但國外，特別地震區(qū)，是以剛結(jié)構(gòu)為主，而在我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)幾混合結(jié)構(gòu)卻占了90%.如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)，國內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大的考驗。鋼結(jié)構(gòu)同混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有優(yōu)越的強度、韌性和延性，強度重量比，總體上看抗震性能好，抗震能力強。
震害調(diào)查表明，鋼結(jié)構(gòu)較少出現(xiàn)倒塌破壞情況。在高層建筑中采用框架-核心筒體系，因其比鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量少，又可減少柱子斷面，故常被業(yè)主所看中?；旌辖Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)往往要承受80%以上的震層剪力，有的高達90%以上。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移值為基準。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增加了鋼結(jié)構(gòu)的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值；
此外，在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變，常常會使與加強層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大，加強層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實現(xiàn)強柱弱梁。因此在需要設(shè)置加強層及轉(zhuǎn)換層時，要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。
唐山鋼鐵廠震害調(diào)查資料統(tǒng)計參數(shù)結(jié)構(gòu)形式總建筑面積（萬㎡）倒塌和嚴重破壞比例（%）中等破壞比例（%）鋼結(jié)構(gòu)3.6709.3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)4.0623.247.9砌體結(jié)構(gòu)3.0941.220.9在高層建筑中，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選。現(xiàn)在我國鋼材產(chǎn)量已居世界前列，建筑鋼材的類型及品種也在逐漸增多，鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（SRC）、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（CFS）或鋼結(jié)構(gòu)（S或），以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。
在超過一定高度后，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕而且較柔，為減小風振而需要采用混凝土材料，鋼骨（鋼管）混凝土，通常作為首選。工程經(jīng)驗表明：利用鋼管混凝土承重柱自重可減輕65%左右，由于柱截面減小而相應(yīng)增加使用面積，鋼材消耗指標與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相近，而工程造價和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比可降低15%左右，工程施工工期縮短1/2.此外鋼管混凝土結(jié)構(gòu)顯示出良好的延性和韌性。
質(zhì)量是建筑的核心，而建筑的抗震性能是體現(xiàn)建筑質(zhì)量的主要因素，對建筑質(zhì)量的影響極大，然而，在當今超限高層建筑抗震設(shè)計中，卻由于由于多種原因造成抗震設(shè)計的質(zhì)量出現(xiàn)了嚴重的問題，材料對其造成的影響只是其中一個重點要素。材料的影響主要現(xiàn)在材料的質(zhì)量、材料的不匹配等問題，在超限高層建筑工程設(shè)計中，有很多工作人員為某一己之私而在施工中用一些質(zhì)量不達標的材料，嚴重影響的建筑的抗震性能；另外，還有些工作人員在設(shè)計中會將一些其他的建筑抗震設(shè)計方案引入到該建筑物中，而由于建筑物的高度以及整體結(jié)構(gòu)都有所不同，導(dǎo)致出現(xiàn)“張冠李戴”的現(xiàn)象，與實際的建筑缺乏匹配度，導(dǎo)致超限高層建筑抗震設(shè)計受到了一定的影響，使建筑的安全性降低達不到超限高層建筑抗震的標準。
1.2平面結(jié)構(gòu)設(shè)計對超限高層建筑物抗震設(shè)計的影響
超限高層建筑物的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計是與建筑物外形有著直接的聯(lián)系，當然也與建筑物抗震設(shè)計有著密切的關(guān)系，同時超限高層建筑的平面設(shè)計與施工難度有著直接的聯(lián)系，然而，在當今超限高層建筑平面設(shè)計中卻存在一定的問題，平面結(jié)構(gòu)設(shè)計引起的施工難度過大，而導(dǎo)致的超限高層建筑抗震的施工也受到了一定的阻礙，即使能順利施工也會因為結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理對超限高層建筑抗震性能造成一定的影響，在后期的使用中依舊存在重大的安全隱患[3]。另外，如果平面結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理，會造成無法準確的確定超限高層建筑抗震的均衡點的位置，尤其是超限高層建筑設(shè)計中需要考慮的因素較多，可能會在平面結(jié)構(gòu)設(shè)計中會漏掉某些細節(jié)的設(shè)計，一些結(jié)構(gòu)細節(jié)出現(xiàn)問題也會導(dǎo)致超限高層建筑整體的抗震性安全性受到一定的影響。
1.3受力體系對超限高層建筑抗震設(shè)計帶來的影響
受力體系是建筑抗震設(shè)計中需要考慮的重要因素，而且每個建筑的受力體系也各不相同，這與設(shè)計者的經(jīng)驗沒有太大的聯(lián)系，因此，在設(shè)計的過程中不能光憑經(jīng)驗來完成設(shè)計，而且，確實有這種情況發(fā)生，覺得自己有著多年的設(shè)計經(jīng)驗，就沒有詳細的對建筑受力體系進行分析，通過以前的經(jīng)驗直接按部就班的放到設(shè)計里，最終導(dǎo)致建筑的受力體系與抗震設(shè)計發(fā)生了矛盾，造成超限高層建筑抗震的性能降低，使得建筑整體缺乏安全性和穩(wěn)定性。
2超限高層建筑抗震設(shè)計優(yōu)化
2.1做好超限高層建筑設(shè)計的前期工作
由第一部分得知，建筑材料對超限高層建筑設(shè)計抗震設(shè)計的影響及其的嚴重，因此在設(shè)計前要做好前期的準備工作，主要對設(shè)計中涉及到的材料質(zhì)量、數(shù)量、規(guī)格等做好相應(yīng)的規(guī)劃設(shè)計，通過對材料的了解再進行相應(yīng)的設(shè)計，尤其是材料的性能參數(shù)一定要做好詳細的分析，因為有很多材料類型差不多，但是，還是有著細節(jié)上的差別。另外，還應(yīng)對超限高層建筑地點的地質(zhì)地貌、周邊環(huán)境等進行詳細的分析，這些因素對超限高層建筑抗震設(shè)計也有著一定的影響。因此，要做好前期的材料搜集、整理的工作，要確保相關(guān)數(shù)據(jù)材料收集的全面性和準確性。通過做好前期的準備工作，不管是在超限高層建筑的整體設(shè)計還是對建筑的抗震設(shè)計需要將這些數(shù)據(jù)作為設(shè)計的基礎(chǔ)，進而確保設(shè)計過程中避免出現(xiàn)一些誤差。
2.2對超限高層建筑物平面結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化
超限高層建筑的設(shè)計要比平常的多層、高層的設(shè)計特點復(fù)雜的多，而且對超限高層建筑抗震設(shè)計的本身要求也特別高，因此，在這種情況下超限高層建筑抗震設(shè)計中，應(yīng)全面的考慮各種因素，將其作為優(yōu)化方案的因素。另外，在對超限高層建筑抗震設(shè)計的過程中，設(shè)計者要根據(jù)實際情況，再結(jié)合多種有關(guān)設(shè)計因素，如，抗震指數(shù)、施工方式等，設(shè)計出多種超限高層建筑抗震設(shè)計方案，然后再通過多種方案的相互比較，選擇出最優(yōu)化的方案，通過這種優(yōu)化方式，能更好的做好超限高層建筑的抗震設(shè)計，而且，以這種設(shè)計優(yōu)化方式，一旦發(fā)現(xiàn)方案中存在設(shè)計問題或安全隱患能及時的比較出來，并及時的改正，對建筑抗震性能具有很大的保障。
2.3明確超限高層建筑抗震設(shè)計中的受力體系
隨著社會不斷的發(fā)展，人們不僅對建筑的質(zhì)量要求提高了，同時也對建筑物的外觀有著一定的要求，美觀、大氣、上檔次是建筑外觀現(xiàn)出來的典型特點，但是有很多建筑物只考慮到外觀設(shè)計，卻忽略了建筑的受力體系，對建筑物的抗震性能帶來直接的影響，如果這種現(xiàn)象出現(xiàn)在超限高層建筑的設(shè)計中，勢必會為建筑物帶來更大的安全隱患，因此，在對超限高層建筑物抗震設(shè)計中一定要明確建筑物的受力體系。建筑的外觀要求是要滿足的，而在達到這個要求的同時，還需要設(shè)計者充分考慮到超限高層的抗震設(shè)計，要盡量以后者為主，畢竟后者是關(guān)乎到建筑物使用的安全性?？梢酝ㄟ^力學的知識來尋找超限高層建筑抗震設(shè)計受力體系中的平衡點，以此來實現(xiàn)超限高層建筑的抗震要求。
前言
隨著科學和工程技術(shù)的發(fā)展，新材料和新技術(shù)的運用大大提高了房屋建筑抵御災(zāi)害的能力。在我國，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》設(shè)計建造的城市建筑基本上能夠滿足規(guī)范中抗震設(shè)防目標的要求，簡單地說即“小震不壞、中震可修、大震不倒”，可以有效地減輕建筑的地震破壞，避免傷亡、減少損失。但對于大部分村鎮(zhèn)地區(qū)來說，房屋通常是由本地的建筑工匠，根據(jù)房主的經(jīng)濟情況，按照本地的傳統(tǒng)習慣建造的，一般不經(jīng)過建筑設(shè)計單位設(shè)計。這類房屋結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，易于就地取材。但大部分房屋都不具備足夠的抗震防災(zāi)能力。受經(jīng)濟發(fā)展狀況局限，要完全按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》對村鎮(zhèn)房屋提出要求顯然是不切實際的。因此，我們在研究提高村鎮(zhèn)建筑抗震防災(zāi)能力時，主要不是要求農(nóng)民放棄某種傳統(tǒng)的建筑型式選擇另一種結(jié)構(gòu)類型，而是應(yīng)按照“當遭受相當于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時，墻體與屋架不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞’’為抗震設(shè)計目標，針對現(xiàn)有房屋的結(jié)構(gòu)類型在災(zāi)害中表現(xiàn)出的整體性不足、構(gòu)造不合理、習慣做法存在的缺陷等方面予以改進，或在構(gòu)造措施方面予以加強等。
一、村鎮(zhèn)房屋的震害及破壞規(guī)律
震害調(diào)查表明，磚結(jié)構(gòu)房屋破壞常常是因為受剪和連接不好而引起的，一般在低烈度區(qū)破壞較輕或局部破壞，隨著烈度的增加破壞加重甚至全部倒塌，磚砌體的構(gòu)造及施工質(zhì)量的好壞是影響震害的重要因素之一，因此必須予以重視，下面為幾種典型震害及其破壞規(guī)律。
（1）承重墻的破壞
水平地震作用按照墻體所處的位置分為橫向水平地震作用和縱向水平地震作用，前者方向垂直于縱墻，后者平行于縱墻。
當水平地震平行于墻體時，水平地震作用主要通過樓蓋傳至墻體，再傳至基礎(chǔ)和地基，這時墻體主要承受剪力，當墻內(nèi)產(chǎn)生主拉應(yīng)力超過墻體所能承受的應(yīng)力的時候，發(fā)生剪切破壞，即沿墻體水平方向450角方向產(chǎn)生斜裂縫，因地震作用是往復(fù)的，所以裂縫是交叉的。
因為地震作用所產(chǎn)生的剪力是越往下部越大，所以斜裂縫或交叉裂縫多數(shù)發(fā)生在下層墻體。頂層若采用強度較低的砂漿砌筑或者砌筑質(zhì)量不高時，斜裂縫有時也很明顯。斜裂縫或交叉裂縫是地震時墻體破壞最常見的一種形式，一般在7―8度地震區(qū)的內(nèi)外墻或窗間墻、窗肚墻上均有發(fā)生，當水平地震垂直于縱墻時，而橫墻的間距又很大，樓蓋或屋蓋沒有足夠的剛度把全部地震力傳給橫墻時，縱墻承受部分垂直于墻體的水平地震作用，墻體承受平面外彎曲，大開間的墻體就是這種情況。因墻體在平面外的剛度很小，砌體抗彎強度低，首先在薄弱部位產(chǎn)生水平裂縫，如在窗口下沿窗間墻產(chǎn)生貫穿的水平裂縫，水平裂縫主要發(fā)生在灰縫處。
（2）內(nèi)外墻連接不牢的破壞
由于砌體強度低，或者由于施工質(zhì)量差如墻體砌筑時不同時咬槎砌筑，施工時留有馬牙槎，內(nèi)外墻連接不牢，外墻在水平作用下容易拉脫，一般在7度區(qū)開始有破壞，在8度區(qū)普遍開裂，有時縱橫墻拉裂10余厘米，裂縫一般上寬下窄，破壞情況與有無內(nèi)外圈梁及砌筑質(zhì)量密切相關(guān)。
（3）轉(zhuǎn)角墻的破壞
墻體的轉(zhuǎn)角處剛度較大，承受的地震力也較大，又因位于房屋的端部，還承受的地震的扭轉(zhuǎn)作用，這樣，該處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易破壞，一般在7度區(qū)就有破壞現(xiàn)象，在8度區(qū)有明顯破壞。
（4）外墻外閃與倒塌
不論是實心墻還是空斗墻的外縱墻和山墻在地震作用下，外閃甚至倒塌是磚墻承重房屋的較為普遍的震害形式之一，這除了與墻體的連接不牢有關(guān)外，還與組成建筑物的各種構(gòu)件，如墻體、樓蓋、屋蓋等的質(zhì)量、剛度、互相間的錨固有關(guān)系，由于地震作用為上大下小，所以墻體上部裂縫較寬，外閃較多，如檁條擱在山墻上又不采取錨固措施則在縱向水平地震作用下山墻就會外閃。
（5）門窗洞口及過梁的破壞
門窗洞口的破壞比較普遍，在六度以上地區(qū)就會出現(xiàn)倒八字形裂縫或磚過梁中間的垂直裂縫，磚砌平過梁或磚砌拱形過梁，在地震時裂縫出現(xiàn)較早，嚴重時過梁脫落。鋼筋磚過梁，在7、8度抗震區(qū)損壞較少，但當跨度超過1．5米時亦有破壞，在9度地震區(qū)損壞較普遍。在地震調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土過梁本身有損壞，一般在過梁支撐處墻體有遂平裂縫或過梁上部墻體有倒八字形裂縫，個別由于支座長度不夠而破壞，因此地震區(qū)過梁支撐長度應(yīng)該在24厘米以上。
各種過梁，凡位于建筑的盡端處其破壞比在中部重，而且一般上層比下層重，因此，盡端和上層過梁，只要建筑設(shè)計上允許，門窗上口到樓板的標高相差30―50cm以內(nèi)，可與圈梁合并設(shè)置，這對減小過梁的破壞有利。
門窗上口砌體破壞的主要原因是該直角部位在地震作用下容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，加之上部砌體開裂，破壞了砌體的起拱作用，因而加重了過梁的負擔，其破壞形式一般呈倒八字形斜裂縫。
二、我國村鎮(zhèn)住宅抗震設(shè)計中存在的問題
隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟的迅速發(fā)展，村鎮(zhèn)住宅建設(shè)繼上世紀80年代中期之后，掀起了又一輪新。但透過目前村鎮(zhèn)住宅建設(shè)火爆的場面，不難看出不少地方的村鎮(zhèn)住宅建設(shè)工程還存在著質(zhì)量隱患多、住房使用壽命短等問題，質(zhì)量事故時有發(fā)生。其中抗震設(shè)計尤其容易受到忽視，抗震設(shè)計不合理的現(xiàn)象十分嚴重，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
（1）基礎(chǔ)不規(guī)范
很多地方在住宅建設(shè)中，受技術(shù)、資金的制約，對住宅地基的地質(zhì)構(gòu)造、水文資料、承載力等缺乏了解，有的雖然在村鎮(zhèn)體系規(guī)劃中有說明，但可供選址建房的位置卻未標明，導(dǎo)致了建筑物選址的盲目性和基礎(chǔ)確定的不科學性，如基礎(chǔ)的形式、斷面、埋置深度的確定，在沒有第一手資料的情況下，只能憑經(jīng)驗辦事，不是造成資金和材料的浪費，就是基礎(chǔ)的強度與穩(wěn)定性不夠，遇到較大風災(zāi)、水災(zāi)、震災(zāi)往往一擊即潰；有些基礎(chǔ)砌筑不合理，如有的磚基礎(chǔ)底面用立磚擺砌；有的在用石頭打基礎(chǔ)時，只是把石頭簡單地相累疊，用沙土填縫，中間不用混凝土粘結(jié)，這些錯誤的施工方式嚴重影響了地基的整體強度，為后續(xù)的建設(shè)埋下隱患。
（2）結(jié)構(gòu)體型不規(guī)則
農(nóng)民在自建住宅時基本上沒有請正規(guī)的設(shè)計單位設(shè)計，仍按傳統(tǒng)的方式建房，只考慮實用、美觀、氣派，住房建多大，建多高，搞什么樣的造型，一般都是別人怎么搞我也怎么搞，沒有考慮自己住宅的使用功能和所處的地質(zhì)結(jié)構(gòu)；而不考慮結(jié)構(gòu)體系的抗震問題，抗震性能差。
（3）墻體存在較多質(zhì)量問題
(1)在磚墻砌筑中，出現(xiàn)留槎、接槎錯誤較多。按常規(guī)的砌筑方法，磚墻的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)外墻的交接處均應(yīng)同時砌筑，否則應(yīng)按規(guī)定留斜槎，可是在不少住宅建設(shè)過程中，既不同時砌筑，也不留斜槎，而是先砌外墻，后砌內(nèi)墻、轉(zhuǎn)角處留直槎?？招膲Φ钠鲋环弦?guī)范要求，石砌墻也沒有按要求坐漿砌筑，有的砌成夾心墻，影響整體性能。另外，房屋四角以及較大洞口兩側(cè)墻體沒有設(shè)構(gòu)造柱和拉結(jié)筋。
(2)墻體開的窗戶的尺寸太大，窗間墻的寬度和窗邊到墻邊距離達不到規(guī)范要求，形成薄弱環(huán)節(jié)。
(3)部分墻體作為結(jié)構(gòu)大梁的支座，但是作為支座的墻體較短，墻體實際的軸壓力很大，對抗震非常不利。
(4)砂漿沒有配合比，經(jīng)常還干磚上墻，吸收砂漿的水份，導(dǎo)致砂漿的強度
更達不到，嚴重影響了墻體的整體強度。
（4）混凝土強度不夠
(1)大部分現(xiàn)澆混凝土無配合比，攪拌時材料隨意增減，造成所拌的混凝土的強度波動性較大。
(2)澆注混凝土時不按規(guī)范、規(guī)程操作，振搗不密實，有的根本不振搗。
(3)有的模板強度和剛度不夠，造成構(gòu)件幾何尺寸不規(guī)則、錯位，出現(xiàn)麻面、蜂窩、狗洞，甚至整個構(gòu)件報廢。有的現(xiàn)澆筑構(gòu)件，凝固期不到就提前拆模，影響了構(gòu)件的強度。
（5）圈梁、構(gòu)造柱樓蓋、結(jié)構(gòu)和布置不合理
村鎮(zhèn)建筑基本上都不設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱，即使有截面尺寸配筋都沒有根據(jù)，隨意性很大，起不到實際應(yīng)該達到的效果。樓板大多采用預(yù)制板，無圈梁時預(yù)制板直接擱置在墻體上，深入墻體的偏小，導(dǎo)致房屋的整體性較差。
（6）選址不合理
農(nóng)村住宅建造時，無統(tǒng)一規(guī)劃，或有規(guī)劃時也沒有考慮抗震防災(zāi)的要求。不少農(nóng)村住宅隨意亂建，房子間距過小，道路彎曲而狹窄，使村鎮(zhèn)建設(shè)散而亂，不利于地震時避震疏散和進行抗震救災(zāi)。
三、砌體房屋的地震作用計算及設(shè)計措施
在日常生活中，當火車突然起動時，人們會向火車運動相反的方向晃動，這種作用在物體學上成為慣性作用。地震的作用也是這樣，地震時地面猛烈顛晃，地面上的建筑會受到由地震作用而引起的慣性力，這個力會使建筑物遭到破壞。由于地震時地面水平晃動和上下顛簸，所以地震的作用有水平作用和豎向作用，村鎮(zhèn)建筑一般為磚石結(jié)構(gòu)，層數(shù)低，一般只考慮水平方向的地震作用，即在建筑平面的兩個主軸方向上分別進行抗震驗算。
3.1水平地震作用的計算
高度不超過40米的，質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的、以剪切為主的結(jié)
構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法進行簡化計算。村鎮(zhèn)建筑多為單層及低層的磚石結(jié)構(gòu)砌體房屋，可按底部剪力法進行計算，在運用底部剪力法計算時，每層樓只考慮一個自由度，結(jié)構(gòu)的計算簡圖如圖3.1所示。
圖3.1結(jié)構(gòu)水平地震作用下計算簡圖圖3.2水平地震作用示意圖
結(jié)構(gòu)水平地震作用標準值按下式計算：
式中，足FEK為結(jié)構(gòu)總水平地震力作用標準值，α1為相應(yīng)于結(jié)構(gòu)基本自振周期的水平地震影響系數(shù)值，對多層砌體房屋取水平地震影響系數(shù)最大值，即α1=αmax，見表3-1，Geq為結(jié)構(gòu)等效總重力荷載，對于單質(zhì)點應(yīng)取總重力荷載代表值，對于多質(zhì)點應(yīng)取總重力荷載代表值的85％，F(xiàn)i為質(zhì)點i的水平地震作用標準值，Gi、Gj分別為集中于質(zhì)點i、j的重力荷載代表值，按規(guī)范規(guī)定。Hi、Hj分別為質(zhì)點i、j的計算高度。
采用底部剪力法計算突出屋面的頂層間、女兒墻、煙囪等的地震作用效應(yīng)時，宜乘以增大系數(shù)3，此增大部分作用不向下傳遞。
表3-1：截面抗震驗算的水平地震影響系數(shù)最大值
3.2 砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計措施
與水平地震作用平行的墻體是承受地震作用的主要抗側(cè)力構(gòu)件，從以往的地震調(diào)查資料可以看出，承重橫墻的破壞主要是剪切破壞，并且一般是底層比上層嚴重。縱墻的破壞往往是因為橫墻間距過大或者樓、屋蓋剛度較差而在平面外受彎受剪，在窗臺上下截面處出現(xiàn)水平裂縫。
分析地震時砌體結(jié)構(gòu)的種種破壞，我們可以從構(gòu)造上對這些容易破壞的地方采取一些加強措施，提高建筑物的抗震能力，下面是幾個比較重要的方面。
1．采用簡單規(guī)整的平面立面布局
結(jié)構(gòu)的總體布置是影響建筑抗震性能的關(guān)鍵問題。建筑抗震計算本來就是復(fù)雜而且不是非常成熟的科學，只有結(jié)構(gòu)布局簡單規(guī)整，才能盡量準確地確定結(jié)構(gòu)計算簡圖，并計算和分配地震作用。盡量采用橫墻承重體系或者縱橫墻共同承重體系。而且縱橫墻在平面內(nèi)盡量連續(xù)對齊，錯位墻體不宜過多。
2．合理確定圈梁和構(gòu)造柱的位置
設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱，砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能可以大大的改善。配筋墻體兩端設(shè)置構(gòu)造柱，由于水平鋼筋錨固于柱中，使鋼筋的效應(yīng)發(fā)揮的更為充分，則可比無構(gòu)造柱同樣配筋率的墻體的承載能力可提高13％左右。而且設(shè)置了構(gòu)造柱和圈梁的砌體結(jié)構(gòu)形成兩道防御：第一道是砌體培只出現(xiàn)寬度不大的裂縫，層間變形不大，構(gòu)造柱尚未開裂：第二道是砌體裂縫大幅度的發(fā)展，靠構(gòu)造柱及圈梁對砌體約束使墻體大變形消耗輸入的地震能量。實驗研究表明柱除了能夠約束培體的變形，提高砌體的抗剪強度外，還能增加墻體之間的連接。這些對砌體的抗震都是十分有力的。要確保構(gòu)造柱和圈梁的有效發(fā)揮他們的作用，合理確定它們的位置是至關(guān)重要的。
