钢筋混凝土结构现代抗震思路和理念的思考

张 翔

(江西科力工程检测有限公司，江西 南昌 330096)

一、抗震设计思路发展历程

随着建筑结构抗震理论研究的不断发展，结构抗震思路也经历了一系列的变化。最初，在未考虑结构弹性动力的特征，也无详细地震作用记录统计资料的条件下，经验性地取一个地震水平作用(0.1倍自重)用于结构设计。至60年代，随着地面运动记录的不断丰富，人们利用单自由度体系的弹性反应谱，第一次从宏观上看到了地震对弹性结构引起的反应随结构周期和阻尼比变化的总体趋势，发现了结构在地震地面运动的随机激励下的强迫振动动力特征。但同时也发现了一个无法解释的矛盾，当时规范所取的设计是用地面运动加速度明显小于按弹性反应谱得出的作用于结构上的地面运动加速度，这些结构大多数却并未出现严重损坏和倒塌。后来随着对结构非线性性能的不断深化研究，人们发现结构设计时取的地震作用只是赋予了结构一个基本屈服承载力，当发生更大地震时，结构的部位进入屈服后非弹性状态变形，并依靠其屈服后的非弹性变形能力来经受地震作用。由此，逐渐形成了结构在一定水平的地震作用下进入屈服，并达到屈服后非弹性变形状态来耗散能量的现代抗震设计思路。

由以上可以得出，结构抗震设计思路经历了从弹性到非线性，从基于经验到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。

二、现代国际抗震设计思路简述

现代抗震设计思路是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的，其核心主要是指在不同滞回规律和地面运动特征下，结构的屈服水准与自振周期和最大非弹性动力反应间的关系。

在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路，其主要内容包括：

1.合理选择结构屈服水准的地震作用。

一般先以一具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱的标志值(即中震)，再以不同的R(地震力降低系数)得到不同的设计用地面运动加速度(即小震)来进行结构的强度设计，从而确定了结构的屈服水准。

2.制定有效的抗震措施使结构确实具有设计时采用的R所对应的延性能力。

其中主要包括内力调整措施(强柱弱梁、强剪弱弯)和抗震的构造措施。

目前，国际上逐步形成了一套“多层次，多水准性态控制目标”的抗震理念。这一理念的主要含义是：工程师应该选择合适的形态水准和地震荷载来进行结构设计。建筑物的性态是由结构的性态、非结构构件和体系的性态以及建筑物内容物性态的组合。当前性态水准一般分为：损伤出现、正常运作、能继续居住、可修复的、生命安全和倒塌。性态目标指建筑物在一定程度的地震作用下对所期望的性态水准的表述。对建筑抗震设计应采用多重性态目标，对重要性不同的建筑，如协助进行灾害恢复行动的医院等建筑，应该按较高的性态目标设计，此外，针对甲方对建筑提出的不同抗震要求，应选择不同的性态目标。

三、当前我国抗震设计理念现状

我国《建筑抗震规范》(GB50011-2010)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏，但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力不发生不可修复的脆性破坏，当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。三个水准烈度的地震作用水平，按三个不同超越概率(或重现期)来区分的：

多遇地震：50年超越概率63.2%，重现期50年；

设防烈度地震(基本地震)：50年超越概率10%，重现期475年；

罕遇地震：50年超越概率2%-3%，重现期1641-2475年，平均约为2000年。

对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下：

第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。

第二阶段：采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。

四、结论与展望

从现代抗震设计思路提出至今，世界各国的抗震学术界和工程界也不断取得了许多可喜进展，各种先进可行的抗震分析方法也不断涌现在研究和设计领域。比如大量钢筋混凝土构件的抗震性能试验的进行；通过计算机技术编制了更精准的非线性动力反应程序；在设计方法上也不再拘泥于传统单一的基于力的抗震设计方法，开始尝试基于性能和位移的新的抗震设计理念等等。我国也应积极借鉴国内外的宝贵经验和研究成果，结合当前实际，在完善自身不足的同时，不断推动我国抗震设计出品位上水平。

[1]苏幼坡，张玉敏.从汶川地震看提高建筑结构防塌能力的必要性和可行性[J].土木工程学报.2009，42(5).

[2]郭劲.钢筋混凝土建筑结构安全设计的几点探讨[J].建筑安全.2009(09).

[3]刘莉.钢筋混凝土建筑结构抗震思路的创新[J].建材技术与应用.2012(03).

[4]何小银.基于性能的结构抗震设计概念的认识与应用[J].四川建筑.2008(01).

[5]乔建斌.浅谈建筑结构抗震设计[J].科技情报开发与经济.2007(33).

[6]任福民.钢筋混凝土建筑结构的抗震延性设计[J].辽东学院学报.2006(01).