对钢筋混凝土建筑结构抗震思路
钢筋混凝土框架结构的抗震设计理念

( 中煤 国际工程 设计 研究 总院 ( 北京华 宇工程有 限公 司) ,北京 10 2 ) 0 10
摘
要 :钢 筋混凝 土框 架结构 体 系在 工 业与 民用 建筑 中是 一 种 广 泛应 用 的 结构 类 型 。对 该类
结构在 抗震 设计 时应 充分 提 高其整 体 的抗震 能 力。根 据 设 计 工作 中遇 到 的 问题 ,概括 地 总结 了钢
型的抗侧力体系或 构件对 结构 抗震能 力 的贡献 不同 ,框架 一 抗震墙结构 中框 架 的要 求 可低 于纯 框架 结 构 中的框 架 , 抗震墙结构 中抗震墙 的抗 震要 求可 低于框 架 一抗震 墙结构
中抗震墙的抗震要求 。
建专和竺 业乏 协调 ,才 能布 置出合 理 3抗 结一 延 及 构 设 原 筑业结 应是 合 警 。 构 相配 专 互 的 一… 一 。一 则 … 震 构 一 性 结 中 计…。 一…
结构在水平地震作用下其内力和侧移随房屋高度增长速度很快房屋越高地震效应越大不同结构类型的抗侧力体系或构件对结构抗震能力的贡献不同框架一抗震墙结构中框架的要求可低于纯框架结构中的框架抗震墙结构中抗震墙的抗震要求可低于框架一抗震墙结构中抗震墙的抗震要求
煤
炭
工
程
21 0 0年第 7期
钢 筋 混 凝 土 框 架 结 构 的抗 震 设 计 理 念
用下会产生较 大的扭转 效应 , 计 中应 高度 重视 ,这 是框 设 架结构的主要特点 。因此应充分提高其整体的抗震能力 。
作用计算和 内力 调整 ,并 应对 薄弱部 位采 用有效 的抗震 构 造措施 , 需要根据具 体情 况适 当提高 承载力 以推迟 或减 少
1 筑计置则 设布原 建
钢筋混凝土结构抗震加固技术规程

钢筋混凝土结构抗震加固技术规程一、概述钢筋混凝土结构抗震加固技术是指在地震灾害中,为了提高建筑物的抗震能力,采用一系列技术手段和措施,对钢筋混凝土结构进行加固、改造和维修。
本技术规程旨在确保钢筋混凝土结构经过加固后,能够满足受力要求和设计要求,提高建筑物在地震中的抗震能力,保障人民生命财产安全。
二、加固前的检查与分析1.建筑物现状检查在进行加固前,应对建筑物进行全面的现状检查,包括结构的受力性能、裂缝情况、变形情况等,以便对加固方案进行科学的分析和设计。
2.结构分析对建筑物的结构进行分析,包括结构的荷载、抗力、变形和稳定性等情况的分析,以确定加固方案和加固材料的选择。
3.加固方案的设计根据建筑物的现状和结构分析结果,设计加固方案,包括加固构件的位置、形式、尺寸和数量等。
三、加固材料的选择1.钢筋钢筋是钢筋混凝土结构抗震加固中最常用的材料,应选择优质钢筋,满足设计要求和技术标准。
钢筋的直径、数量和间距应根据结构的受力要求和加固方案进行确定。
2.混凝土混凝土是钢筋混凝土结构抗震加固中重要的材料,应选择优质混凝土,满足设计要求和技术标准。
混凝土的强度等级、配合比和施工工艺应根据结构的受力要求和加固方案进行确定。
3.粘结剂粘结剂是钢筋混凝土结构抗震加固中重要的材料之一,应选择优质粘结剂,满足设计要求和技术标准。
粘结剂的种类、强度等级和使用方法应根据结构的受力要求和加固方案进行确定。
4.预应力钢束预应力钢束是钢筋混凝土结构抗震加固中重要的材料之一,应选择优质预应力钢束,满足设计要求和技术标准。
预应力钢束的直径、数量和间距应根据结构的受力要求和加固方案进行确定。
四、加固工程的实施1.准备工作在进行加固工程前,应对工程现场进行清理和整理,确保施工条件良好,并且按照设计要求和技术标准准备好加固材料和施工设备。
2.混凝土加固混凝土加固是钢筋混凝土结构抗震加固中常用的加固方法之一,应根据加固方案和设计要求进行施工。
钢筋混凝土建筑结构现代抗震思路

随 着 对 建 筑 结 构 抗 震 理 论 的研 究 , 构 抗 震 设 结 计 思 路 经 历 了 一 系 列 的 变 化 。 最 初 , 无 详 细 地 震 在 作用记 录且不考 虑 结构 弹 性 动力 特 征 的条件 下 , 取
一
结构 承 载 能 力 设 计 的 地 震 作 用 取 的 越 低 , 非 弹 性 其
定 的非 弹性变形性 能力 的“ ” 一系列 转变 。 耗 的
现 代 抗 震 设 计 思 路
2
反 之 , R 取 值 较 小 , 用 于 设 计 的 地 震 作 用 较 大 当 即
现 代 抗 震 设 计 思 路 是 基 于 结 构 非 弹性 性 能 的研 究 建 立 起 来 的 , 核 心 主 要 指 在 不 同 滞 回规 律 和 地 其 面运 动 特 征 下 , 构 的 屈 服 水 准 与 自振 周 期 以 及 最 结 大 非 弹性 动 力 反 应 问 的 关 系 。
结 构 承 载 能 力 的“ ” 允 许 结 构 屈 服 , 赋 予 结 构 抗 到 并
一
类 结 构 , 以 根 据 情 况 取 用 不 同 的 R , 就 是 不 同 的 可 也 用 于 强 度 设 计 的 地 震 作 用 。 当 R 取 值 较 大 , 用 于 即
设计 的地震作 用较 小时 , 结构 的延性要求 就越严 ; 对
非 弹 性 变 形 状 态 , 靠 其 屈 服 后 非 弹 性 变 形 能 力 来 并
承 受 地 震 作 用 。从 而 形 成 了 结 构 在 一 定 水 平 地 震 作 用 下 进 入 屈 服 , 达 到 屈 服 后 非 弹 性 变 形 状 态 来 耗 并 散 能 量 的现 代 抗 震 设 计 理 论 。 综 上 所 述 , 构 抗 震 设 计 思 路 经 历 了 从 弹 性 到 结
钢筋混凝土结构隔震支座施工的困难及对策解析

钢筋混凝土结构隔震支座施工的困难及对策解析摘要:现今,随着高层建筑物的不断增多,对其抗震性能以及建筑安全等也会提出更高的要求。
传统单一的钢筋混凝土结构根本无法满足这种高要求,必须在结构设计中增设相应的隔震支座,这样才能有效提高建筑物的安全性与可靠性,避免地震灾害发生时对建筑结构造成较大的影响和破坏。
但是在实际施工过程中,钢筋混凝土结构隔震支座的安装与混凝土浇筑施工都存有很大难度。
本文也会通过具体工程案例,针对这些钢筋混凝土结构隔震支座施工困难进行着重分析,并提出相应的解决措施,以便有关人士参考。
关键词:钢筋混凝土结构;隔震支座;施工困难;解决对策钢筋混凝土结构是一种常见的建筑结构形式,虽然其具有一定的承载能力与耐火性能,但对于位于地震区的建筑物而言,在遇到强震时,还会给其整体结构带来毁灭性的伤害。
鉴于此,为了改善现状,最大化提高建筑物的抗震性能,相关施工单位就要在建筑工程施工过程中,结合当地地震烈度等级和发生频率等,合理制定抗震结构设计方案,尽可能在钢筋混凝土结构中安装相应的隔震支座。
同时还要对隔震支座施工时容易出现的困境问题予以充分考虑,并采取针对性措施来预防和控制,这样才能从根本上确保建筑物的安全性与可靠性。
1.工程概况某一高层建筑物高度为48m,抗震设防烈度为8.5°。
其中地下两层为车库和设备机房,地上十一层为居民住宅。
为提升建筑物的抗震性能,相关施工单位采取了传统以柔克刚的新方法,决定将整个建筑结构设计成钢筋混凝土+橡胶隔震支座的抗震结构形式。
因为传统木质结构由于质量轻盈,各卯楔点采用了柔性设计,可以通过自身的弹性变形功能很好的抵御外力对建筑结构造成的伤害,所以其抗震作用十分明显。
鉴于这种传统建筑抗震设计形式,就要在创新的基础上对其加以合理利用,即在现代建筑中采用层间隔震技术来提升建筑的安全性与稳定性。
具体而言即在建筑结构上安装相应的耗能减震装置来减小地震力对建筑结构的反应,如隔震支座,这样才能吸收大量的地震波,阻断地震力的传递,从而有效保护建筑结构和底层结构免遭破坏。
钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究共3篇

钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究共3篇钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计理论与应用研究1钢筋混凝土结构是目前建筑设计领域中应用最广泛的一种结构类型。
随着建筑工程领域的不断发展和完善,人们对建筑物的安全性和耐久性的要求也越来越高,而抗震能力则成为了一个极为重要的设计指标。
因此,基于性能的抗震设计理论与应用研究在这方面起到了至关重要的作用。
一、性能基础从抗震设计的角度出发,钢筋混凝土结构的性能分析最为重要。
对结构的力学性能、破坏机制以及结构稳定性进行分析,可以帮助设计师更好地评估建筑物在地震灾害中可能出现的情况,从而制定出更为恰当的设计方案。
二、性能目标性能目标是基于性能的抗震设计理论的基础,是设计的关键环节。
目标的设置需要考虑到多方面的因素,如建筑物的重要等级、所处地区的地震危险性、建筑物的使用年限、季节等要素。
根据这些要素,可以适当地设置保护级别,确定抗震设计的目标值。
三、性能参数性能参数包括结构初始刚度、最大变形能力、刚度退化、耗能等。
钢筋混凝土结构抗震设计的性能参数分析是对结构抗震能力的综合评判。
设计师可以通过对这些参数的分析来选择混凝土强度等设计参数,从而达到优化设计与控制风险的目的。
四、性能评估性能评估是性能基础、目标和参数的综合,对于抗震设计的质量具有决定性的影响。
在性能评估中,首先需要选择一定的地震动记录进行分析,并采用易于分析的方法得到相应的结构响应。
然后,结合性能目标和性能参数,进行综合考虑评定结构的抗震性能,评估结构的安全边界,从而得出设计合理性的结论。
五、性能控制性能控制是在设计阶段就要考虑的问题。
将结构的性能目标转化成具体的性能参数,再以此为基础确定混凝土质量、钢筋材质和技术方案等构造措施,设计合适的监测方案保证施工的质量。
这些措施均有助于加强钢筋混凝土抗震结构的抗震能力,提高其安全性和耐久性,减小地震灾害的风险。
总之,基于性能的抗震设计理论与应用研究是钢筋混凝土结构抗震设计中不可或缺的一环,它可以更加全面、深入地分析结构的破坏模式,评估结构的安全性能,并针对性地采取控制措施,有效提高结构的安全性和耐久性,保障人民的生命财产安全。
钢筋混凝土框架节点抗震性能与设计方法研究共3篇

钢筋混凝土框架节点抗震性能与设计方法研究共3篇钢筋混凝土框架节点抗震性能与设计方法研究1钢筋混凝土框架节点是框架结构中的一个重要节点,对于整个建筑的抗震性能有着重要的影响。
因此,对于其抗震性能的研究及设计方法的探索具有重要的现实意义。
本文将分析钢筋混凝土框架节点的设计方法和影响节点抗震性能的因素,并探讨钢筋混凝土框架节点抗震性能的提升方法。
一、设计方法1.节点类型钢筋混凝土框架节点类型多样,常见的节点种类包括平面节点、层间节点、T型节点等。
在设计中应根据实际需要选用合适的节点。
2.节点剪力传递方式节点剪力传递方式包括弯曲剪力传递、抗剪剪力传递和综合剪力传递等。
其中,弯曲剪力传递是一种常用的节点剪力传递方式,能够提高节点的刚度和承载能力。
3.节点加劲方式节点加劲措施能够提高节点的刚度和承载能力,常见的加劲方式有竖向钢筋加劲、水平钢筋加劲和预应力加劲等。
其中,预应力加劲能够提高节点的刚度和强度,从而提高整个结构的抗震性能。
4.节点布置节点布置应尽量符合抗震设计的要求,常见的布置方式有节点对称布置、节点集中布置和节点分散布置等。
在设计中应根据具体要求选择合适的节点布置方式。
5.节点材料选择节点材料的选择应根据抗震设计要求进行,通常包括钢筋、混凝土、预应力钢丝等。
在选择材料时应考虑强度、耐久性和可靠性等因素。
二、影响节点抗震性能的因素1.节点形式不同形式的节点对结构的抗震性能有重要影响。
一些节点形式繁琐、构造复杂,如T型节点,使得节点易发生局部破坏。
2.节点尺寸节点尺寸的大小直接影响节点的承载能力,当节点的尺寸过小时,会降低节点的承载能力,从而影响结构的整体抗震性能。
3.节点连接方式节点连接方式的种类繁多,在抗震性能的影响中也是十分关键的。
一些节点连接方式没有进行合理设计,使得节点的连接处易出现弱点,影响结构的整体抗震性能。
4.材料质量结构的材料质量是影响节点抗震性能的因素之一。
如果材料本身的质量不好,则可能导致节点的承载能力、刚度等方面的问题。
试谈钢筋混凝土结构抗震
抗震思想在钢筋混凝土结构设计中的体现
中震 大概 相 当于我 们 的设防 烈度地 震 , 当遭 遇 到 中
本质 的方 法, 所设 计 的对 象 作宏观 的控 制 。19 对 9 0年 以 震 作用 时, 结构 可 以有 一 定程 度 的损 坏 , 经修 复 或 不经
来, 结构工 程师将 概 念设计 应 用于 实 际工程 中取得 了很 修 复仍可 继续 使用 。从 经济角 度 来说 , 维修 费用 不 能太
,
我 使 G J 18 ( B 1- 9 以下 简称 8 震规 范) 9抗 中列 出了工 程设计 中 经济 制 约 的 因素 , 们 只 能从 概 率 的角 度 出 发, 结 构 这就 决 定 必须遵 守 的规 定, 保证“ 来 概念 设计 ” 实 际工 程 中的实 在 一定 的概率 保证 下 能安全 正常地 发挥 作用 。 在
的大小
由上 所述 , 于承 载 力设 计 的地震 作 用可 以取 Nd 用 , 铰来 耗 散地震 能量 。 对 比 以上 两种 方 案 ,前 者 实 际 上是 提 高 了柱 的强 度, 加强 了柱 的弹 性变 形 能力 。 实 际配筋 当 中, 在 纵筋 用 量相对 较 多, 筋用 量相对 较 少 。后 者实 际上 是提 高 了 箍
建筑设计与装饰
广东建材 21 年第7 01 期
抗震思想在钢筋混凝土结构设计 中的体现
张守林 ( 广东省建筑设计研究 院)
摘 要 :建筑结构主要依靠其自身的延性来抵抗大震作用下的非弹性变形, 因此, 地震作用下, 结构
的延性与结构的强度具有 同等重要 的意义。 目前, 能力设计法已为各国工程界接受, 通过能力设计法, 形成合理的耗能机制, 使塑性铰出现在延性 易于保证的部位 : 确保结构在未达到所需要的延性前不至 于发生剪切失效 : 并通过细部构造措施来保证延性的充分发挥 。
钢结构与混凝土建筑在抗震设计中的协同作用
钢结构与混凝土建筑在抗震设计中的协同作用随着现代建筑技术和设计理念的不断发展,钢结构和混凝土建筑在抗震设计中发挥着重要的协同作用。
钢结构以其高强度、轻量化和可塑性等特点,使得其成为一种理想的抗震结构形式。
而混凝土建筑则通过其坚固的力学性能和承载力,在抗震设计中具有独特的优势。
本文将探讨钢结构与混凝土建筑在抗震设计中的协同作用,并阐述其对于建筑结构的抗震安全性的提升。
一、钢结构在抗震设计中的优势钢结构具有高强度、轻量化和可塑性等特点,能够承受较大的地震作用力并发挥其优势。
首先,钢结构的高强度使得其具备更好的抗震性能。
钢材相较于混凝土具有更高的抗拉强度和抗剪强度,在地震中能够更好地抵抗剪切和拉伸力。
其次,钢结构的轻量化特性可以降低建筑物的质量,减小地震作用对建筑物的冲击。
此外,钢结构具有较好的可塑性,能够吸收和耗散地震能量,减小地震对建筑物的破坏程度。
因此,钢结构在抗震设计中具有不可忽视的优势。
二、混凝土建筑在抗震设计中的优势相比之下,混凝土建筑在抗震设计中也拥有独特的优势。
首先,混凝土材料具有很强的抗压性能,能够承受大部分的建筑自重和地震作用引起的压力。
其次,混凝土建筑具有较好的刚度和稳定性,能够保证建筑物的整体稳定性。
此外,混凝土结构可以通过一些特殊的设计手段,如纤维增强混凝土等,进一步提高其抗震性能。
因此,混凝土建筑在抗震设计中也是一种重要的结构形式。
三、钢结构与混凝土建筑的协同作用钢结构与混凝土建筑在抗震设计中常常形成协同作用,使得建筑结构的抗震性能得到更好的提升。
首先,可以采用钢筋混凝土组合结构形式,将钢筋混凝土柱和梁与钢结构的框架结构相结合,充分发挥两者的优势。
这种结构形式既能够利用钢结构的高强度和刚性,又能够利用混凝土结构的稳定性和耐久性,形成更加牢固和稳定的整体结构。
其次,可以采用钢筋混凝土核心筒结构,即在钢结构的外部包裹混凝土筒体,形成一种新型的结构形式。
这种结构不仅能够充分利用钢结构的高强度和可塑性,还能够借助混凝土的抗压性能形成更为稳定的建筑体系。
钢筋混凝土结构抗震设计
浅谈钢筋混凝土结构抗震设计【摘要】我国属地震多发国家,需要考虑抗震设防的地域辽阔,因此,研究钢筋混凝土结构的抗震性能在我国具有充分的必要性,本文分析探讨了钢筋混凝土结构抗震设计。
【关键词】钢筋;混凝土结构;抗震;设计中图分类号:tu37 文献标识码:a 文章编号:一、钢筋混凝土结构的基本抗震设计思路地震分为小震、中震和大震。
所谓小震指的是常遇地震。
当小震来临,应确保所有的结构构件在抵抗地震作用力时,具有足够的强度,使其基本上处于弹性状态。
并通过验算小震作用下的弹性位移共同来保证结构不坏。
在中震作用下,结构的某些关键部位超过弹性强度,进入屈服,发生较大变形,达到非线形阶段,这时,就要特别提出延性要求。
当中震来临的时候,因为结构具有非弹性特征,某些关键部位超过其弹性强度,进入塑性状态。
当大震来临的时候,结构的非线性变形非常大,也可能发生不可修复的破坏。
处于这个阶段的结构就需要通过计算它的弹塑性变形来保证结构不致倒塌。
地震力降低系数的大小决定了设计地震力取值的大小,从而决定了对延性要求的大小。
地震力降低系数越大,设计地震作用就越小;地震力降低系数越小,设计地震作用就越大。
在同一个设防烈度下,地震力降低系数越大,地震作用就越小,那么,小的地震作用设计出来的结构的屈服水准就越低,意味着结构在相应强烈程度地震下形成的非弹性变形就越大,这就要求结构具有较大的延性来保证它较大的非弹性变形的实现,因而对延性提出的要求就更高。
地震力降低系数的大小实际上就决定了设计地震力取值的大小,从而决定了对延性要求的大小。
二、钢筋混凝土结构基本抗震体系的性能框架结构、剪力墙结构和框架剪力墙结构是多层和高层钢筋混凝土建筑常用的三大基本结构体系。
其性能分述如下:(一)框架结构体系通过合理设计,把框架结构做成延性框架。
延性框架在大震作用下,通过先出现梁铰、后出现柱铰,这样一种耗能机构耗散大量的地震能量,结构能够承受一定的侧向变形。
所以纯框架结构是一种抗震性能很好的结构体系。
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对钢筋混凝土建筑结构抗震思路 一、抗震设计思路发展历程 随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展,结构抗震设计思路也经历了一系列的变化。
最初,在未考虑结构弹性动力特征,也无详细的地震作用记录统计资料的条件下,经验性的取一个地震水平作用(0.1倍自重)用于结构设计。到了60年代,随着地面运动记录的不断丰富,人们通过单自由度体系的弹性反应谱,第一次从宏观上看到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,揭示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。但同时也发现一个无法解释的矛盾,当时规范所取的设计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研究,人们发现设计结构时取的地震作用只是赋予结构一个基本屈服承载力,当发生更大地震时,结构将在一系列控制部位进入屈服后非弹性变形状态,并靠其屈服后的非弹性变形能力来经受地震作用。由此,也逐渐形成了使结构在一定水平的地震作用下进入屈服,并达到足够的屈服后非弹性变形状态来耗散能量的现代抗震设计理论。
由以上可以看出,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、现代抗震设计思路及关系 在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路,其主要内容是: 1.合理选择确定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标志值(即中震的),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(即小震的)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备设计时采用的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)和抗震构造措施。
现代抗震设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的,其核心是关系,关系主要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以及最大非弹性动力反应间的关系。其中r为弹塑性反应地震力降低系数,简称地震力降低系数;而为最大非弹性反应位移与屈服位移之比,称为位移延性系数;t则为按弹性刚度求得的结构自振周期。
60年代开始,研究者在滞回曲线为理想弹塑性及弹性刚度始终不变的前提下,通过对不同周期,不同屈服水准的非弹性单自由度体系做动力分析,得到了有关弹塑性反应下最大位移的规律:对t大于1.0秒的体系适用“等位移法则”即非弹性反应下的最大位移总等于同一地面运动输入下的弹性反应最大位移。对于t在0.12-0.5秒之间的结构,适用“等能量法则”即非弹性反应下的弹塑性变形能等于同一地震地面运动输入下的弹性变形能。当“等能量原则”适用时,随着r的增大,位移延性需求的增长速度比“等位移原则”下按与r相同的比例增长更快。由以上规律我们可以看出,如果以结构弹性反应为准,把结构用来做承载能力设计的地震作用取的越低,即r越大,则结构在与弹性反应时相同的地震作用下达到的非弹性位移就越大,位移延性需求就越高。这意味着结构必须具有更高的塑性变形能力。规律初步揭示出不同弹性周期的结构,当其弹塑性屈服水准取值大小不同时,在同一地面运动输入下屈服水准与所达到的最大非弹性位移之间的关系。也揭示出了延性能力和塑性耗能能力是屈服水准不高的结构在较大地震引起的非弹性动力反应中不致发生严重损坏和倒塌的主要原因。让人们认识到延性在抗震设计中的重要性。
之所以存在上诉的规律,我们应该注意到钢筋混凝土结构的一些相关特性。首先,通过人为措施可以使结构具有一定的延性,即结构在外部作用下,可以发生足够的非线性变形,而又维持承载力的属性。这样就可以保证结构在进入较大非线性变形时,不会出现因强度急剧下降而导致的严重破坏和倒塌,从而使结构在非线性变形状态下耗能成为可能。其次,作为非线弹性材料的钢筋混凝土结构,在一定的外力作用下,结构将从弹性进入非弹性状态。在非弹性变形过程中,外力做功全部变为热能,并传入空气中耗散掉。我们可以进一步以单质点体系的无阻尼振动来分析,在弹性范围振动时,惯性力与弹性恢复力总处于动态平衡状态,体系能量在动能、势能间不停转换,但总量保持不变。如果某次振动过大,体系进入屈服后状态,则体系在平衡位置的动能将在最大位移处转化为弹性势能和塑性变形能两部分,其中,塑性变性能将耗散掉,从而减小了体系总的能量。由此我们可以想到,在地震往复作用下,结构在振动过程中,如果进入屈服后状态,将通过塑性变性能耗散掉部分地震输给结构的累积能量,从而减小地震反应。同时,实际结构存在的阻尼也会进一步耗散能量,减小地震反应。此外,结构进入非弹性状态后,其侧向刚度将明显小于弹性刚度,这将导致结构瞬时刚度的下降,自振周期加长,从而减小地震作用。 随着对规律认识的深入,这一规律已被各国规范所接受。在抗震设计时,对在同一烈度区的同一类结构,可以根据情况取用不同的r,也就是不同的用于强度设计的地震作用。当r取值较大,即用于设计的地震作用较小时,对结构的延性要求就越严;反之,当r取值较小,即用于设计的地震作用较大时,对结构的延性要求就可放松。
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。这一理念主要含义为:工程师应该选择合适的形态水准和地震荷载进行结构设计。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。目前性态水准一般分为:损伤出现(damageonset)、正常运作(operational)、能继续居住(countinuedoccupancy)、可修复的(repairable)、生命安全(lifesafe)、倒塌(collapse)。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,比如美国的“面向2000基于性态工程的框架方案”曾对一般结构、必要结构、对安全起控制作用的结构分别建议了相应的性态目标――基本目标(常遇地震下完全正常运作,少遇地震下正常运作,罕遇地震下保证生命安全,极罕遇地震下接近倒塌)、必要目标(少于地震下完全正常运作,罕遇地震下正常运作,极罕遇地震下保证生命安全)、对安全其控制作用的目标(罕遇地震下完全正常运作,极罕遇地震下正常运作)。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,也可以针对甲方对建筑提出的不同抗震要求,选择不同的性态目标。
三、保证结构延性能力的抗震措施 合理选择了结构的屈服水准和延性要求后,就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标。系统的抗震措施包括以下几个方面内容:
1.“强柱弱梁”:人为增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。
2.“强剪弱弯”:剪切破坏基本上没有延性,一旦某部位发生剪切破坏,该部位就将彻底退出结构抗震能力,对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值,使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。 3.抗震构造措施:通过抗震构造措施来保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力,同时保证结构的整体性。
这一系统的抗震措施理念已被世界各国所接受,但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。首先,这两种思路都是以优先引导梁端出塑性铰为前提。
新西兰的抗震研究者认为耗能机构宜采用符合塑性力学中的“理想梁铰机构”,即梁端全部形成塑性铰,同时底层柱底也都形成塑性铰的“全结构塑性机构”。其具体做法是通过结构分析得到各构件组合内力值后,对梁端截面就按组合弯矩进行截面设计;而对除底层柱底以外的柱截面,则用人为增大了以后的组合弯矩和组合轴力进行设计;对底层柱底截面则用增大幅度较小的组合弯矩和组合轴力进行截面设计。通过这一做法实现在大震下的较大塑性变形中,梁端塑性铰形成的较为普遍,底层柱底塑性铰出现迟于梁端塑性铰,而其余所有的柱截面不出现塑性铰,最终形成“理想梁铰机构”。为此,这种方法就必须取足够大的柱端弯矩增强系数。
美国抗震界则认为新西兰取的柱弯矩增强系数过大,根据经验取了较小的柱弯矩增强系数,这一做法使结构在大震引起的非弹性变形过程中,梁端塑性铰形成较早,柱端塑性铰形成的相对较迟,梁端塑性铰形成的较普遍,柱端塑性铰形成的相对少一些,从而形成“梁柱塑性铰机构”。
新西兰抗震措施的好处在于“理想梁铰机构”完全利用了延性和塑性耗能能力较好的梁端塑性铰来实现框架延性和耗散地震能量,同时因为除底层柱底外的其它柱端不出现塑性铰,也就不必再对这些柱端加更多的箍筋。但是这种思路过于受塑性力学形成理想机构概念的制约,总认为底层柱底应该形成塑性铰,这样就对底层柱底提出了较严格的轴压比要求,同时还要用足够多的箍筋来使柱底截面具有所需的延性,此外,底层柱底如果延性不够发生破坏很容易导致结构整体倒塌。这些不利因素使该方法丧失了很大的优势。
因此很多研究者认为不需要被塑性力学的机构概念所限制,只要能在大震下实现以下的塑性耗能机构,就能保证抗震设计的基本要求:
1.以梁端塑性铰耗能为主; 2.不限制柱端塑性铰出现(包括底层柱底),但是通过适当增强柱端抗弯能力的方法使它在大震下的塑性转动离其塑性转动能力有足够裕量;
3.同层各柱上下端不同时处于塑性变形状态。