浅谈几种钢筋混凝土结构抗震性能

张志辉张海波

摘要：对地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一,我国属地震多发国家，需要考虑抗震设防的地域辽阔，因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性.本文就几种基本抗震体系的性能，结合抗震规范中的结构延性，塑性变形进行简要探讨。

关键词：地震灾害；抗震性能； 抗震体系； 延性；塑性变形

Abstract: The earthquake disaster is one of the serious natural disaster facing humanity, our country is earthquake-prone countries, it need to consider the vast territory of the earthquake-proof, so to study the seismic performance in China has a need for adequate In this paper, several basic seismic system performance, combined with the ductility of the structure in the seismic code, the plastic deformation was briefly discussed.Key words: earthquake hazards; seismic performance; seismic system; ductility; plastic deformation

中图分类号：TU37文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02

1、前言

结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的震作非弹性变形，因此，地用下，结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。（延性指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时，结构仍能维持其初始强度的能力，是结构超过弹性阶段的变形能力，它是结构抗震能力强弱的标志。它包括承受极大变形的能力和靠滞回特性吸收能量的能力，它是抗震设计当中一个非常重要的特性）.

地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。地震具有突发性的特点，至今可预报性仍然很低。强烈地震常造成人身和财产的巨大损失。我国属地震多发国家，需要考虑抗震设防的地域辽阔，因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。

2、抗震理论的研究现状

我国的现代抗震设计理论是从五十年代开始，在国际抗震理论的推动下发展起来的，并逐渐形成了自己的特色。在积累了相当的研究成果和实践经验的基础上，相继制定了74 、78 、89 规范和新修订的2001抗震设计规范（GB5001122001）按2001 年规范设计的建筑物的抗震能力较89 规范可提高10 %～15 % ，其技术含量达到国际先进水平。但由于受国家经济实力的限制，安全可靠度的设置仍低于美国等发达国家。

地震分为小震、中震和大震。所谓小出现的概率大约为63 % ，重现期为50 年。中震是指50 年出现的概率约为10 % ，重现期为，重现期为1641～2475 年。对于偶然性和随机性很大的地震荷载，要想使结构强度一定大于结构反应，几乎是不可能的，而且是十分不经济的。受社会承受牺牲的能力和经济制约的因素，我们只能从概率的角度出发，使结构在一定的概率保证下能安全正常地发挥作用。这就决定了抗震设计的基本原则，在我国即通常所说的“小震不坏，中震可修，大震不倒”。

在“小震”作用下，要求结构不受损伤或不需修理仍可继续使用。从结构抗震分析角度来说，就是要求结构在“小震”作用下保持准弹性反应状态，而不进入使建筑物中断使用和产生非结构构件破坏的非弹性反应状态；同时结构的侧向变形应控制在合理的限制范围以内，目的是使结构具有足够的抗侧向力刚度。

中震大概相当于我们的设防烈度地震，当遭遇到中震作用时，结构可以有一定程度的损坏，经修复或不经修复仍可继续使用。从经济角度来说，维修费用不能太高。

对发生概率极小的罕遇大震（“大震”的烈度比设防烈度约高一度左右） .要求当结构在遭遇“大震”作用时，不应倒塌或发生危及生命的严重破坏。这样一个抗震设防目标是非常经济合理的。因为地震的发生太偶然，倘使我们一味地追求结构的强度以保证中震甚至是大震作用下结构不坏，这将会使极大量的材料在绝大部分时间里，甚至在整个寿命期内都处于不能充分发挥作用的状态，这样做是不明智的。

在上述设计原则指导下，就要求结构处于这样一种状况：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。处于这个阶段的结构构件不会发生明显的非线性变形，也不必需要采取特殊的构造措施。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，我们就特别提出延性要求（延性指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时，结构仍能维持其初始强度的能力，是结构超过弹性阶段的变形能力，它是结构抗震能力强弱的标志。它包括承受极大变形的能力和靠滞回特性吸收能量的能力，它是抗震设计当中一个非常重要的特性） .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。由于它有一定的延性，它的非线性能够承担塑性变形，使它在变形中能够耗费和吸收地震能量。代价是可能导致较宽的裂缝，混凝土表皮起壳、脱落，可能有一定的残余变形，但不至于导致安全失效，以达到中震可修的设防目标。处于这个阶段的结构，对延性就会提出相应的要求，而延性就要靠精心设计的细部构造措施来保证。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。所以，通常我们只需要按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合，验算构件截面抗震承载力及结构的弹性变形。而中震作用效应则需要结构靠一定的塑性变形能力（即延性） 来抵抗。所以结构延性对建筑抗震是极其重要的。

3.几种基本抗震体系的性能:

3.1框架结构体系：按上述的能力设计思路，通过合理设计，可以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。但是我们同时也看到由于纯框架的抗侧刚度较小，造成的侧移值比较大，因此建造高度不宜太高。非结构构件比如填充墙在地震作用下，也可能出现裂缝和破坏。框架和填充墙之间的硬性联结造成的刚度增大效应也可能造成设计上未考虑到的增大的侧向力。倘若是半高的填充墙，还会导致形成短柱，刚度增大，承受很大的剪力，造成柱子的剪切破坏。

3.2剪力墙结构体系：剪力墙结构的承载力及刚度都很大，侧移变形小，因此它的使用范围可以比纯框架结构更高。适用于框架结构构件的非线形抗震性能的原理总体上也可以用于剪力墙，也可以把剪力墙设计成为延性剪力墙，也可以以稳定的方式来耗散地震能量。但是，剪力墙中不论是墙肢还是连梁，它的截面的特点是短而高，这类构件对剪切变形相当敏感，容易出现裂缝，容易出现脆性的剪切破坏。因此需进行精心合理的设计，才能够使剪力墙具有良好的抗震性能和良好的延性能力。剪力墙的破坏形态与其剪跨比有很大关系，对剪跨比很小的矮墙，以剪切破坏形态为主，塑性变形能力很差，所以在抗震结构中应避免采用矮墙。对于悬臂墙的能量耗散，主要是通过墙底出铰来进行的。而对于联肢墙，经过合理地设计开洞位置，使它的能量耗散机理与具有强柱弱梁的梁铰机构相似，形成强墙弱梁，即连梁梁端出铰，墙底出铰，而墙体的其它地方，均不出现塑性铰。否则，倘若连梁强于墙肢，则会出现与柱铰机构一样的层变形机构。对于较长的悬臂墙，通常通过人为开洞使之变成联肢墙，因为悬臂墙作为静定结构，一旦有一个截面破坏失效，就会导致结构失效和倒塌，而联肢墙则可设计成强墙弱梁，出铰数目较多，耗能较大。同框架设计的强剪弱弯一样，连梁及墙肢也需要通过“强剪弱弯”来提高其抗剪承载能力，推迟剪切破坏，从而改善其延性。但是受其自身截面特点的影响，构件仍不能保证不发生剪切破坏，特别是连梁，一般情况下的普通配筋连梁很难实现高延性，设计时，必须专门采取措施改变其性能。

3.3 框架2剪力墙结构体系：是把框架和剪力墙结合在一起共同抵抗竖向和水平荷载的一种体系，它利用剪力墙的高抗侧力刚度和承载力，弥补框架结构抗侧刚度差，变形较大的弱点。由于剪力墙与框架协同工作，改善了纯框架和纯剪力墙的变形性能，总变形减小，层间变形减小，而且上下趋于均匀，框架上下各层柱的受力也比较均匀。另外，在地震作用下，剪力墙承担了大部分剪力，框架只承担很小的一部分剪力，通常都是剪力墙先屈服，剪力墙屈服后将产生内力重分配，框架分配的剪力将会增大，如果地震作用继续增大，框架结构也会屈服，使之形成曲線分布吻合最好。

4、结论

本文对当前我国房屋抗震理论进行了综合论述，分析了不同地震级别对房屋主要抗震部位的影响及产生的原因，提出了三种结构体系抗震的性能和各自的优缺点。从而根据工程的实际情况和相应条件，有针对性的提出科学的理论依据，对指导工程施工有非常可贵的作用。

参考文献

[1] 混凝土结构设计规范．GB 50010-2002

[2] 东南大学等四校合编 《混凝土结构设计原理》[M] 中国建筑工业出版社

[3] 齐晓海，《高层钢筋混凝土结构抗震性能研究》[A]，2005