抗震設(shè)計(jì)在現(xiàn)行規(guī)范中的實(shí)現(xiàn)

1、一、“三水準(zhǔn)”的抗震設(shè)防目標(biāo) 當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)， 主體結(jié)構(gòu)不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用小震 不壞； 當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的設(shè)防地震影響 時(shí)，可能發(fā)生損壞，但經(jīng)一般性修理仍可繼續(xù)使 用中震可修； 當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震影響時(shí)， 不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞大震不倒。 二、針對(duì)“三水準(zhǔn)”的“兩階段”設(shè)計(jì)方法 第一階段：第一階段：小震作用下的承載能力驗(yàn)算和變形驗(yàn)算。第一階段 計(jì)算方法是按照彈性反應(yīng)譜計(jì)算的，此時(shí)建筑處于彈性階段。 在這個(gè)階段的設(shè)計(jì)中，建筑物滿足了第一水準(zhǔn)小震不壞； 此外依靠概念設(shè)計(jì)和抗震措施構(gòu)造措施來(lái)滿足建筑物第二水準(zhǔn) 和大部

2、分建筑物第三水準(zhǔn)的抗震目標(biāo)； 第二階段：第二階段：對(duì)于少部分建筑，進(jìn)行大震下的彈塑性變形驗(yàn)算， 以此來(lái)滿足第三水準(zhǔn)大震不倒。 結(jié)論：結(jié)論：由上可見，兩階段的抗震設(shè)計(jì)包括三部分的內(nèi)容：概念 設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算以及抗震措施。這就是傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)方法， 具體內(nèi)容將在第二部分中介紹。 三、基于性能的抗震設(shè)計(jì)時(shí)更具體的目標(biāo) 規(guī)范中規(guī)定，對(duì)于使用功能 或其他方面有專門要求的建 筑，當(dāng)采用抗震性能化設(shè)計(jì)抗震性能化設(shè)計(jì) 時(shí)，具有更具體或更高的抗更具體或更高的抗 震設(shè)防目標(biāo)震設(shè)防目標(biāo)。 當(dāng)以提高抗震安全性為主時(shí)， 結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)應(yīng)于不同性能要 求的承載力參考指標(biāo)，可按 右表的示例選用。 當(dāng)需要按地震殘余變形確定使用性能

3、時(shí)，結(jié)構(gòu) 構(gòu)件除滿足提高抗震安全性的性能要求外，不 同性能要求的層間位移參考指標(biāo)，可按下表的 示例選用。 此外，規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件細(xì)部構(gòu)造對(duì)應(yīng)于不同性能要求的 抗震等級(jí)，也有相關(guān)的示例： 注意：這里的抗震性能目標(biāo)，都是針對(duì)抗震性能化設(shè)計(jì) 而言的。這種設(shè)計(jì)方法區(qū)別于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，也就是 目前廣泛研究的基于性能的抗震設(shè)計(jì)，將在第三部分中 做一些介紹。 四、區(qū)別于“三水準(zhǔn)”的抗震性能目標(biāo)簡(jiǎn)介 l我國(guó)規(guī)定了： 不壞、可修、不倒 l美國(guó)規(guī)定了： 正常使用、立即入住 生命安全、防止倒塌 l日本規(guī)定了： 正常使用、易修復(fù)、生命安全 目錄 第二部分 兩階段的設(shè)計(jì)方法(傳統(tǒng)的抗震設(shè)計(jì)) 包括三部分的內(nèi)容： 抗震計(jì)

4、算 抗震措施 概念設(shè)計(jì) 一、概念設(shè)計(jì) 1、原因 我的解釋：立足于工程抗震的基本理論和長(zhǎng)期工程抗震的基 本經(jīng)驗(yàn)而形成和總結(jié)出的關(guān)于工程抗震的基本概念，并依據(jù) 此概念進(jìn)行工程抗震設(shè)計(jì)。 規(guī)范中的解釋：根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè) 計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu) 造的過(guò)程。 2、定義 由于地震動(dòng)的隨機(jī)性和建筑物的動(dòng)力特性、所在場(chǎng)地、材料 以及結(jié)構(gòu)內(nèi)里的不確定性，地震破壞很難預(yù)測(cè)。因此，為了 保證結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震可靠性，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)， 必須綜合考慮多種因素的影響，著重從建筑物的總體上進(jìn)行 抗震設(shè)計(jì)，這就是結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)。 3、概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容 場(chǎng)地選擇、平立面

5、布置 結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置、多道的抗震防線、 剛度承載力和延性的匹配、 結(jié)構(gòu)的整體性、非結(jié)構(gòu)部件的處理。 概念設(shè)計(jì)中的平立面布置 一、平面不規(guī)則 二、豎向不規(guī)則 返回 二、抗震計(jì)算（作用和抗力，變形） 1、承載能力驗(yàn)算 注意：注意：RE RE不大于 不大于1 1 有關(guān)RE的一些說(shuō)明 一、為什么地震影響系數(shù)不大于1 1、快速加載下的材料強(qiáng)度較靜力時(shí)的有所提高，因 此地震作用下的材料強(qiáng)度會(huì)增加。 2、地震作用屬于偶然荷載，結(jié)構(gòu)的可靠度要求會(huì)低 一些，所以用借用非地震作用表達(dá)式時(shí)，可靠度應(yīng) 該相應(yīng)降低。 二、重力效應(yīng)在地震作用下RE的取值 注意：對(duì)重力荷載也進(jìn)行折減，顯然是不符合概念的， 所以應(yīng)該像上

6、式一樣，只對(duì)風(fēng)荷載和地震荷載進(jìn)行折減， 如果還要用第一個(gè)式子進(jìn)行計(jì)算，那么也要要求 2、彈性變形驗(yàn)算 對(duì)于彈塑性變形的驗(yàn)算，方法同上類似，位移角的規(guī)定 更加嚴(yán)格，位移需要加上相應(yīng)的增大系數(shù)。 三、抗震措施 除地震作用計(jì)算和抗力計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容， 包括抗震構(gòu)造措施。 根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)原則，一般不需計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu) 和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求。比如： 軸壓比、最小截面尺寸、最小配筋率、箍筋加密 1、定義 抗震措施 都包括，要細(xì)分 抗震構(gòu)造措施 2、抗震設(shè)計(jì)思想從破壞機(jī)制講起 兩種破壞機(jī)制： 柱子是框架結(jié)構(gòu)中最重要的構(gòu)件，即使個(gè)別的柱子失 效，也可能引起結(jié)構(gòu)的全面倒塌；另一方面柱子是偏壓

7、構(gòu) 件，它的變形能力也遠(yuǎn)不如彎曲作用為主的梁。為此很自 然的會(huì)得出“強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)思想。 框架結(jié)構(gòu)的合理屈服機(jī)制是在梁上出現(xiàn)塑性鉸，但出 現(xiàn)塑性鉸后，不一定是受彎，也有可能是受剪破壞。所以 ，為了防止在塑性鉸出現(xiàn)后梁發(fā)生剪切破壞，要求梁具有 抗剪能力，即“強(qiáng)剪弱彎強(qiáng)剪弱彎”。 2、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的思想 強(qiáng)柱弱梁 這些設(shè)計(jì)思想都是通過(guò)一定的抗震措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 基于承載能力 基于延性 強(qiáng)剪弱彎 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固 增加構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的延性 （柱和梁都有） 四、構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)的一般流程 按照設(shè)計(jì)思想，對(duì)作用進(jìn)行放大 根據(jù)混凝土一般原理 用放大后的作用進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì) 符合概念設(shè)計(jì) 滿足抗震措施要求 具

8、 體 實(shí) 施 、 體 現(xiàn) 抗震措施 概念設(shè)計(jì) 抗震計(jì)算 強(qiáng)柱弱梁 柱子是框架結(jié)構(gòu)中最重要的構(gòu)件，即使個(gè)別的柱子失效， 也可能引起結(jié)構(gòu)的全面倒塌；另一方面柱子是偏壓構(gòu)件，它的 變形能力也遠(yuǎn)不如彎曲作用為主的梁。為此很自然的會(huì)得出“ 強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)思想。 一級(jí)框架結(jié)構(gòu)和9度的一級(jí)框架可 以不按照上面的式子進(jìn)行調(diào)整，但是 應(yīng)該符合右側(cè)的要求： 規(guī)范中對(duì)強(qiáng)柱弱梁的實(shí)現(xiàn)方法，是將柱子的彎矩乘以一個(gè)人為 的增大系數(shù)。如下： 對(duì)于為什么會(huì)有第二個(gè)式子，我是這樣理解的: 梁的實(shí)際抗彎能力是考慮了板鋼筋及鋼筋的超強(qiáng)影響的。 實(shí)驗(yàn)表明，在此情況下，梁的 承載能力是可以提高1.65倍 以上，加之原有1.2

9、的增大系數(shù)，相當(dāng)放大了將近2倍。這 比最大的調(diào)整系數(shù)1.7還要大。 對(duì)于一級(jí)框架結(jié)構(gòu)和9度框架，結(jié)構(gòu)受力比較大，較 平時(shí)更加危險(xiǎn)，需要考慮實(shí)際情況，進(jìn)行更細(xì)致的 設(shè)計(jì)，而不應(yīng)該再簡(jiǎn)單的乘一個(gè)增大系數(shù)。 其次，考慮到施工，梁的超筋現(xiàn)象非常常見，如果 不按照實(shí)際配筋的抗彎承載力，強(qiáng)柱弱梁也是很難 滿足的。 強(qiáng)剪弱彎 框架結(jié)構(gòu)的合理屈服機(jī)制是在梁上出現(xiàn)塑性鉸，但出現(xiàn) 塑性鉸后，不一定是受彎，也有可能是受剪破壞。所以 ，為了防止在塑性鉸出現(xiàn)后梁發(fā)生剪切破壞，要求梁具 有抗剪能力，即“強(qiáng)剪弱彎強(qiáng)剪弱彎”。 為達(dá)到這目的，同強(qiáng)柱弱梁一樣，規(guī)范中的實(shí)現(xiàn)是乘以 一個(gè)相應(yīng)的增大系數(shù)，如下： 對(duì)于一級(jí)的框架結(jié)構(gòu)和

10、9度的框架，類似于之前，也有另 外的要求： 一、梁的剪力設(shè)計(jì)值調(diào)整 強(qiáng)剪弱彎 二、柱的剪力設(shè)計(jì)值調(diào)整 強(qiáng)剪弱彎 對(duì)于一級(jí)的框架結(jié)構(gòu)和9度的框架，類似于之前，也有另外的要求： 綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)合理的破壞機(jī)制，要有“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎” 的設(shè)計(jì)思想。 實(shí)現(xiàn)這些思想的主要手段就是人為地加上增大系數(shù)。 對(duì)于一級(jí)框架結(jié)構(gòu)和9度的框架，考慮實(shí)際情況，給予更細(xì)致的要 求。 三、強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)剪弱彎的小結(jié) 框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)是梁柱的公共部分，節(jié)點(diǎn)的失效 就意味著梁和柱一起失效。 框架結(jié)構(gòu)的合理破壞機(jī)制是梁鉸機(jī)制，所以要保 證形成塑性鉸以后，梁端的鋼筋不會(huì)被拔出，因此要 有良好的錨固。 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪切破壞和鋼筋的

11、錨固破壞，嚴(yán)重 的會(huì)引起結(jié)構(gòu)倒塌。 由上得到框架抗震設(shè)計(jì)的又以一個(gè)思想“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)節(jié)點(diǎn) 強(qiáng)錨固、弱構(gòu)件強(qiáng)錨固、弱構(gòu)件” 實(shí)現(xiàn)方法：對(duì)節(jié)點(diǎn)剪力進(jìn)行增大對(duì)節(jié)點(diǎn)剪力進(jìn)行增大后直接進(jìn)行抗震進(jìn)行抗震 驗(yàn)算驗(yàn)算。對(duì)于錨固，是增大錨固長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)的。 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固、弱構(gòu)件 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件 框架梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)組合的剪力設(shè) 計(jì)值，應(yīng)按下列公式確定： 二、構(gòu)件的抗震驗(yàn)算 構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)方法和非抗震設(shè)計(jì)方法的原理是完全一 樣的，在本科階段中已經(jīng)學(xué)過(guò)。唯獨(dú)不同的是： 1、計(jì)算所用的內(nèi)力經(jīng)過(guò)了調(diào)整 2、考慮了抗震調(diào)整系數(shù)RE 3、考慮到強(qiáng)剪弱彎，在抗剪部分還會(huì)有一些細(xì)微不同 所以，規(guī)范中只對(duì)抗剪承載力有專門的規(guī)定，對(duì)抗彎則

12、沒(méi)有。這里只對(duì)抗剪的驗(yàn)算做一個(gè)簡(jiǎn)單的復(fù)習(xí)： 柱 考慮抗震時(shí)： 柱不考慮抗震時(shí)： 梁不考慮抗震時(shí)： 梁 考慮抗震時(shí)： 反復(fù)荷載下，混凝土部分的承載力下降20%40% 節(jié)點(diǎn)的抗震驗(yàn)算： 1.751.75* *0.6=1.050.6=1.05 N0.3fAc 三、剪壓比的控制 （剪力上限） 當(dāng)構(gòu)件的剪力超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，導(dǎo)致較早出現(xiàn)斜裂紋， 即使增加橫向鋼筋也不能有效提高其受剪承載力，在橫向鋼 筋沒(méi)有屈服的情況下，就可能發(fā)生混凝土的斜壓破壞或者受 彎屈服后的剪切變形破壞。這種破壞不是承載能力不足造成 的，而是剪切變形超過(guò)了混凝土的極限導(dǎo)致的。為了說(shuō)明截 面上名義剪應(yīng)力的大小，引入一個(gè)比值：剪壓比剪壓比

13、。 控制剪壓比剪壓比，實(shí)際上也就是控制構(gòu)件的截面尺寸。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的梁、柱、剪力墻和連梁，其 截面組合的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下列要求： 跨高比大于2.5的梁及剪跨比大于2的柱其截面組合 的剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)符合下列要求： 跨高比不大于2.5的連梁、剪跨比不大于2的柱： 剪跨比： 節(jié)點(diǎn)處也有相應(yīng)的剪壓比要求，這里不再詳述。 廣義和狹義 =M/(Vh0)=Va/ Vh0 = a/ h0 四、和延性有關(guān)的抗震措施 633 梁的鋼筋配置，應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求：梁的鋼筋配置，應(yīng)符合下列各項(xiàng)要求： 2 2 梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計(jì)梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計(jì) 算確定外，

14、一級(jí)不應(yīng)小于算確定外，一級(jí)不應(yīng)小于0.50.5，二、三級(jí)不應(yīng)小于，二、三級(jí)不應(yīng)小于0.30.3。 1 1 梁端計(jì)入受壓鋼筋的混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之梁端計(jì)入受壓鋼筋的混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之 比，一級(jí)不應(yīng)大于比，一級(jí)不應(yīng)大于0.250.25，二、三級(jí)不應(yīng)大于，二、三級(jí)不應(yīng)大于0.350.35。 3 3 梁端箍筋加密區(qū)的長(zhǎng)度、箍筋最大間距和最小直徑的配梁端箍筋加密區(qū)的長(zhǎng)度、箍筋最大間距和最小直徑的配 置也要滿足規(guī)范的相關(guān)要求。置也要滿足規(guī)范的相關(guān)要求。 1 1 梁端計(jì)入受壓鋼筋的混凝梁端計(jì)入受壓鋼筋的混凝 土受壓區(qū)高度和有效高度之土受壓區(qū)高度和有效高度之 比，一級(jí)不應(yīng)大于比，一級(jí)不應(yīng)大于

15、0.250.25，二，二 、三級(jí)不應(yīng)大于、三級(jí)不應(yīng)大于0.350.35。 2 2 梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計(jì)算梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計(jì)算 確定外，一級(jí)不應(yīng)小于確定外，一級(jí)不應(yīng)小于0.50.5，二、三級(jí)不應(yīng)小于，二、三級(jí)不應(yīng)小于0.30.3。 位移延性可達(dá)位移延性可達(dá)3 3 試驗(yàn)表明，鋼筋混凝土長(zhǎng)柱的抗震性能主要取決于 柱的軸壓比、加荷方式、縱向鋼筋和箍筋的用鋼量等 不同軸壓比下鋼筋混凝土柱荷載-位移關(guān)系滯回曲線 （a）軸壓比為0.2 （b）軸壓比為0.6 6 63 36 6柱軸壓比不宜超過(guò)下表的規(guī)定；建造于柱軸壓比不宜超過(guò)下表的規(guī)定；建造于類場(chǎng)地且

16、較高類場(chǎng)地且較高 的高層建筑，柱軸壓比限值應(yīng)適當(dāng)減小。的高層建筑，柱軸壓比限值應(yīng)適當(dāng)減小。 降低降低0.050.05 再降低再降低0.050.05 可增高可增高 除此之外，還有一些別的增大構(gòu)件延性的 措施，比如： 對(duì)柱縱筋的控制， 柱箍筋的控制， 對(duì)梁和柱截面的要求等等。 這里不再詳述。 剪力墻構(gòu)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般流程 按照設(shè)計(jì)思想，對(duì)作用進(jìn)行放大 根據(jù)混凝土一般原理 用放大后的作用進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì) 符合概念設(shè)計(jì) 滿足抗震措施要求 抗震調(diào)整系數(shù)、剪壓比 乘以增大系數(shù) 軸壓比、配筋率等 本書獻(xiàn)給不盲從規(guī)范尋求自然規(guī)律的工程師們 預(yù)應(yīng)力混凝土之父林同炎 程懋堃 結(jié)構(gòu)工程是這樣的一種藝術(shù)： 使用材料，這

17、些材料只能估算 建立真實(shí)的結(jié)構(gòu)，這些真實(shí)的結(jié)構(gòu)只能近似分析 承受外力，這些力不能準(zhǔn)確得知 以滿足我們對(duì)公共安全職責(zé)的要求 CSI公司創(chuàng)始人，SAP和ETABS系列程序源代碼作者 謝謝大家 三、基于性能的抗震設(shè)計(jì)時(shí)更具體的目標(biāo) 規(guī)范中規(guī)定，對(duì)于使用功能 或其他方面有專門要求的建 筑，當(dāng)采用抗震性能化設(shè)計(jì)抗震性能化設(shè)計(jì) 時(shí)，具有更具體或更高的抗更具體或更高的抗 震設(shè)防目標(biāo)震設(shè)防目標(biāo)。 當(dāng)以提高抗震安全性為主時(shí)， 結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)應(yīng)于不同性能要 求的承載力參考指標(biāo)，可按 右表的示例選用。 二、豎向不規(guī)則 返回 三、抗震措施 除地震作用計(jì)算和抗力計(jì)算以外的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容， 包括抗震構(gòu)造措施。 根據(jù)抗震概念設(shè)計(jì)

18、原則，一般不需計(jì)算而對(duì)結(jié)構(gòu) 和非結(jié)構(gòu)各部分必須采取的各種細(xì)部要求。比如： 軸壓比、最小截面尺寸、最小配筋率、箍筋加密 1、定義 柱子是框架結(jié)構(gòu)中最重要的構(gòu)件，即使個(gè)別的柱子失 效，也可能引起結(jié)構(gòu)的全面倒塌；另一方面柱子是偏壓構(gòu) 件，它的變形能力也遠(yuǎn)不如彎曲作用為主的梁。為此很自 然的會(huì)得出“強(qiáng)柱弱梁強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)思想。 框架結(jié)構(gòu)的合理屈服機(jī)制是在梁上出現(xiàn)塑性鉸，但出 現(xiàn)塑性鉸后，不一定是受彎，也有可能是受剪破壞。所以 ，為了防止在塑性鉸出現(xiàn)后梁發(fā)生剪切破壞，要求梁具有 抗剪能力，即“強(qiáng)剪弱彎強(qiáng)剪弱彎”。 對(duì)于為什么會(huì)有第二個(gè)式子，我是這樣理解的: 梁的實(shí)際抗彎能力是考慮了板鋼筋及鋼筋的超強(qiáng)影響的。 實(shí)驗(yàn)表明，在此情況下，梁的 承載能力是可以提高1.65倍 以上，加之原有1.2的增大系數(shù)，相當(dāng)放大了將近2倍。這 比最大的調(diào)整系數(shù)1.7還要大。 對(duì)于一級(jí)框架結(jié)構(gòu)和9度框架，結(jié)構(gòu)