抗震概念设计浅谈

抗震概念设计浅谈

由于地震的破坏性，不确定性，等等一系列的未知因素，人们开始不断地从各项地震数据以及破坏情况等展开研究，希望在建筑方案设计的初期就将抗震的理念体现在设计的始终。

1.震害形成有利屈服机制才代表抗震成功

所谓“有利屈服机制”是指：结构遭遇设防地震或罕遇地震时产生的屈服机制不至于引发连续坍塌，即是说具有良好的延性。工程师首先要意识到，震害是不可避免的；其次，结构屈服机制可以通过“能力保护设计”进行控制。只有当震后实际屈服机制符合设计预期的“有利屈服机制”时，才可以说抗震设计成功。 早期对于抗震的理解可能更多的是偏向于建筑本身不遭受震害，更多想的是如何去避免震害，然而通过一些资料的翻阅，与其说如何去避免不如说如何去“耐震”。既然震害在所难免，不如设计合理的延性结构，使结构在地震来临时，能产生一定的变形而不至破坏。

延性概念具有丰富的内涵，其还以为：在初始强度没有明显退化情况下所具备的非弹性变形能力。它包括两个方面的能力：（1）具备承受较大的非弹性变形，同时强度没有明显下降的能力；（2）具备利用滞回特性吸收能量的能力。如果说结构延性是一个结果，那么产生结果的原因是递进式的：材料延性→截面延性→构件延性→结构延性。构件的延性≠结构的延性。即便如此，材料延性也并非是最初的起因，在各种结构构建，材料的组合等等因素也会对结构延性有影响。 2.“强柱弱梁”“强剪弱弯”“强节点弱杆件”

“强柱弱梁”指的是使框架结构出现在梁端的设计要求。简单的说，柱子不先于梁破坏，因为梁破坏属于构件破坏，是局部性的，柱子破坏将危及整个结构的安全---可能会整体倒塌，后果严重。

“强剪弱弯”指的是使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求。使结构构件在发生受弯破坏前不先发

生剪切破坏。用以改善构件自身的抗震性能。

“强节点弱杆件”指的是节点的承载力应高于连接构件，因节点失效意味着与之相连的梁与柱都失效。

“强柱弱梁”跟“强剪弱弯”在我的理解看来是属于同一种性质，是属于一种保护机制，在此不展开，下面会提到。然后具体谈一下“强柱弱梁”。

在汶川地震中，钢筋混凝土框架结构的主要震现象有（1）维护结构和填充墙严重开裂和破坏；（2）填充墙不合理设置或错层形成短柱剪切破坏；（3）柱剪切破坏，梁柱节点区域破坏；（4）填充墙不合理设置造成结构实际层刚度不均匀，导致底部楼层侧移过大，并导致倒塌；（5）柱端出现塑性铰，未出现“强柱弱梁”的屈服机制。其中的（2）（3）（4）（5）都跟未能实现“强柱弱梁”“强剪弱弯”的屈服机制有关。为什么未能实现这种屈服机制，也有以下这些原因（1）填充墙等非结构构建的影响；（2）楼板对框架梁的承载力和刚度增大的影响；（3）框架梁跨度和荷载过大，使得梁截面尺寸增大，梁端抗弯承载力增大；（4）梁端超配筋和钢筋实际强度超强；（5）轴压比限值规定偏高，柱截面尺寸偏小；（6）柱最小配筋率和最小配箍率偏小；（7）大震下结构受力状态与结构弹性受力状态存在差异；（8）梁柱可靠度的差异。

就其中的（1）进行下说明。实际工程中围护墙和填充墙通常直接在框架梁上砌筑，对结构会产生以下影响；1）与框架梁共同受力，显著减小框架梁弯曲变形，增大框架梁的刚度和抗弯承载力；2）直接参与整体结构抗震受力，增加结构层刚度，造成结构层刚度不均匀，使为设置填充墙的楼层成为薄弱层（通常是底层），导致形成层屈服机制，无法实现“强柱弱梁”屈服机制；或造成平面刚度分布不规则，引起扭转效应；3）结构总体刚度增大，基本周期减小约40%~60%，地震力增大；4）影响裸框架结构的内力分布，如约束框架柱部分柱段的侧移变形，形成短柱，使得局部抗侧刚度过大，地震剪力增大，进而导致短柱剪切破坏变大，影响整体结构的破坏模式。另一方面，由于填充墙抗侧刚度过大，所分配的地震力较大，而其强度较低，因此容易导致填充墙严重开裂和破坏。很显然，填充墙对整体结构抗震性能的影响十分复杂，应根据其在结构中的作用和影响情况，在结构设计中给予充分考虑。

3..能力保护设计原则

“能力保护设计原理”，其核心是：有意加强或者削弱特定构件的实际承载力，使削弱者在地震中率先屈服，加强者得到保护。能力保护设计可以看做是“不等安全度设计”。有意削弱能够提高结构整体延性的截面、构件、楼层的强度，使其得到保护，成为“能力保护截面、能力保护构件、能力保护楼层”。需要保护的内容包括：①截面呈现脆性破坏特征，如梁、柱、墙的受剪破坏；②截面破坏呈现延性特征，但破坏未知不恰当可能导致结构整体延性降低，如柱段受弯破坏；③需要重点保护的楼层，如转换层等。