鋼筋混凝土結構抗震設計

鋼筋混凝土結構抗震設計摘要：地震是十分嚴重的自然災害之一，對人類的生命和財產造成巨大地損失，我國是地震多發(fā)國家，研究建筑的抗震性能很有必要。鋼筋混凝土結構抗震設計是我國減輕自然災害、保障國民經濟建設和社會持續(xù)發(fā)展，特別是保障人民群眾生命安全的一個重要問題。本文就鋼筋混凝土結構抗震設計進行分析，介紹地震產生的原因及影響、抗震設計概況，分析了鋼筋混凝土結構抗震概念設計、不同結構體系的抗震性能以及抗震設計的基本要求，為抗震設計提供了一定的理論基礎。關鍵詞：鋼筋混凝土結構抗震設計引言地震是一種常見的自然災害，因其具備突發(fā)性的特點，目前對于地震的可預測性很低，所以我們無法準確的預知地震以做出相應的預防措施減少損害。通過對歷次震害的研究表明，地震災害的損失很大程度上取決于建筑結構的破壞程度，而不同建筑結構形式的抗震性能又存在很大的差異?，F代建筑中多采用鋼筋混凝土結構，因此做好鋼筋混凝土結構的抗震設計對穩(wěn)固建筑物、減輕災害損失十分重要。根據《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010），提出了對建筑抗震的三個水準：當遭受低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需進行修理可繼續(xù)使用（小震不壞）；當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的設防地震影響時，可能發(fā)生損壞，但經一般性修理仍可繼續(xù)使用（中震可修）；當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞（大震不倒）。使用功能或其他方面有專門要求的建筑，當采用抗震性能化設計時，具有更具體或更高的抗震設防目標?？拐鹪O防三水準的要求是通過兩階段的設計來保證的：第一階段，對絕大多數結構進行多遇地震作用下的結構和構件承載力驗算和結構彈性變形驗算，對各類結構按規(guī)范規(guī)定采取抗震措施；第二階段，一些規(guī)范規(guī)定的結構進行罕遇地震下的彈性變形驗算，采取相應的構造措施滿足抗震設防要求。一、 地震產生的原因及影響地震是人類在繁衍生息、社會發(fā)展過程中遇到的一種可怕的自然災害。強烈地震常常以其猝不及防的突發(fā)性和巨大的破壞力給社會經濟發(fā)展、人類生存安全和社會穩(wěn)定、社會功能帶來嚴重的危害。據統(tǒng)計，歷史上各種自然災害曾毀滅了世界各地52個城市，其中因地震而毀滅的城市有27個。地震之外的其它各種災害，如水災、火災、火山噴發(fā)、風災、沙災、旱災等毀滅的城市25座。因此，地震占災害總數的52%?？梢姷卣馂暮Υ_系“群害之首”。研究表明，在地震中造成人員傷亡和經濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災害（約占95%）。無數次的震害告訴我們，抗震設計是防御和減輕地震災害最有效、最根本的措施。根據科學研究造成地震的原因主要有幾下幾種：因為地下深處的大塊巖石破裂、錯動造成的構造地震；水庫泄洪或者是油田注水等行為引發(fā)的誘發(fā)地震；還有地下的核爆炸或是炸藥爆破等人為導致的人為地震。在這些原因中構造地震發(fā)生最頻繁，對于地面的破壞也大，大約占了全球地震總數的百分之九十以上。二、 抗震設計概況隨著時代的發(fā)展需要，建筑物對抗震設計要求越來越高，所以國內外的一些學者開始了新的抗震設計研究，提出可以采用不同的措施來滿足不同性能的建筑物。在我國，抗震規(guī)范采用三水準兩階段的設計方法。所謂的三水準就是指當建筑物結構受到地震作用時“小震不壞，中震可修，大震不倒”。兩階段中的第一階段指的是通過對多遇地震烈度彈性地震作用下的結構截面強度驗算，隱含著設防烈度地震作用下的變形驗算，保證小震不壞和中震可修；第二階段指的是通過對罕遇地震烈度地震作用下結構薄弱部位彈塑性變形驗算，并采取相應的構造措施保證大震不倒?；趶娏业牡卣鹱饔?，建筑物的構件出現彈性變形、開裂、屈服等被破壞的階段，其中主要受力構件的破壞很大程度上會使整個建筑物整體倒塌。由于經濟方面的考慮，除了極少數的構件發(fā)生開裂可能導致很嚴重的后果外，大多數的建筑結構在地震力作用下允許有開裂或者是非主要的受力構件的破壞，但是需要注意的是必須要使受力構件仍能發(fā)揮其一定的作用，確保建筑物穩(wěn)定。三、 鋼筋混凝土結構設計在我國，抗震概念設計是鋼筋混凝土結構抗震設計的基礎，抗震概念設計是根據地震災難和工程經驗等因素形成的基本設計經驗和設計理念。建筑物結構的抗震設計要有正確的抗震概念設計思想，再加上必要而且合理的抗震計算和構造措施。要做到抗震概念設計需要具備以下幾點：（1） 建筑的外形要求簡單、規(guī)則、對稱，其質量和剛度的變化也要均勻。（2） 抗震結構體系，應符合以下要求：①具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；②結構布置應盡量避免部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力；③結構應具備必要的抗震承載力（如抗剪、彎、壓、扭能力）、良好的變形能力（如延性）和消耗地震能量的能力（具有好的延性及阻尼）；④對于結構的薄弱部位應采取有效的措施予以加強；⑤具有多道抗震防線；⑥結構平面上兩個主軸方向的動力特性宜相近;⑦具有合理的剛度和強度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑形變形集中。（3） 抗震結構的各類構件之間應具有可靠的連接。（4） 抗震結構的支撐系統(tǒng)應能保證地震時結構穩(wěn)定。（5） 非結構構件（維護墻、隔墻、填充墻）要合理設置。四、 鋼筋混凝土結構抗震體系框架結構、剪力墻結構和框架剪力墻結構是常用的基本抗震結構體系。其性能分述如下：（1）框架結構體系通過準確計算和合理的設計，把框架結構做成某種延性框架。延性框架在強烈地震的作用下，可以通過先出現梁鉸、后出現柱鉸，這樣的一種耗能機構耗散大量的地震能量，使結構的地震力減小，保證結構的安全。由于框架結構抗震剛度較小，造成的側移值比較大，因此建造高度不宜太高。（2） 剪力墻結構體系剪力墻結構側向剛度較大，側移變形小，抗震性能比純框架結構好。但是需要注意的是，剪力墻中不論是墻肢還是連梁，它的截面特點是短而且高，所以這類構件對剪切變形相當敏感，容易出現裂縫，容易出現脆性的剪切破壞，因此需進行精心合理的設計，才能夠使剪力墻具有良好的抗震性能和良好的延性能力。（3） 框架剪力墻結構體系框架剪力墻結構體系是把框架和剪力墻結合在一起共同抵抗豎向荷載和水平荷載的一種體系，利用剪力墻的高抗側力剛度和承載力，彌補框架結構抗側剛度差，變形較大的弱點。層間變形上下趨于均勻，框架各層柱的受力也比較均勻。在地震作用下，剪力墻承擔了大部分剪力，框架只承擔很小的一部分剪力，通常都是剪力墻先屈服，剪力墻屈服后將產生內力重分配，框架分配的剪力將會增大，如果地震作用繼續(xù)增大，框架結構也會屈服，使之形成曲線分布吻合最好。五、鋼筋混凝土結構抗震設計的基本要求（1） 注意場地選擇建筑場地的地質條件與地形地貌對建筑震害有顯著影響，從建筑抗震概念設計角度考慮，地震區(qū)的建筑宜選擇有利地段，應遵循建筑抗震設計的有關要求，進行詳細的場地評價并采取必要的抗震措施。（2） 選擇合理的建筑體型建筑物的平立面布置應盡量對稱、規(guī)則、質量與剛度變化均勻，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。充分利用結構延性設計時利用結構彈塑性階段的性能抗御強震，通過結構一定限度內的塑性變形來消耗地震時輸入結構的能量。如采用強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件的設計策略促使梁以受彎曲形式產生較大變形。處理好非結構構件非結構構件的存在，會影響主體結構的阻尼和周期等因素，在地震中往往會先期破壞。因此，在結構抗震概念設計