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篇(1)

【關鍵詞】樓梯；建筑抗震；剛度；影響；分析

中圖分類號：TU973+.31 文獻標識碼：A 文章編號：

一．引言

樓梯是建筑的一個重要組成部分，是最重要的疏散工具，在抗震防災中起著舉足重輕的作用。所以樓梯的設計是十分重要的工作，樓梯設計的好壞也直接影響到建筑的抗震能力。從地震被損壞的鋼筋混凝土結構房屋來看，其中一個特點是樓梯構件的破壞，影響了逃生通道安全，造成人員傷亡。根據2008年汶川地震震害的相關報告，樓梯對結構安全以及疏散時人身安全的意義非常重大。因此，我們有必要認真研讀規范的有關要求，結合工程實際情況，認真對待抗震設計時的樓梯設計。

二．抗震設計樓梯參與結構計算的重要性

現代建筑工程抗震性能的需求要求建筑工程設計過程中必須考慮抗震設計樓梯參與結構計算工作的重要性。以抗震樓梯設計對建筑物主體結構抗震性能的促進作用促進建筑物的抗震性能提升。建筑工程設計單位應根據現代建筑工程設計過程中樓梯設計對建筑物主體工程的影響強化抗震設計樓梯參與結構計算工作，實現建筑物抗震性能的提高，促進現代建筑工程設計目標的達成

在現代建筑工程的設計中，鋼筋混凝土框架結構所具有的優勢使得其在現代建筑工程的設計中有著極為廣泛的應用。在鋼筋混凝土框架結構中，樓梯能夠對樓梯間結構起到斜撐作用，增加主體結構的剛度。在傳統的結構設計中，由于計算方式與設計理論的限制使得樓梯及樓梯間不參與整體結構的計算。隨著現代建筑設計理論的日趨成熟以及建筑物抗震等級要求的不斷提高，建筑工程抗震樓梯設計參與整體結構計算已經納入相關規范要求。在抗震樓梯與樓梯間增加剛度的同時，還應與水平隔板、樓蓋板等做好鏈接，以此形成整體、提高建筑物的抗震性能。在汶川地震震后調查中，樓梯梯段板斷裂的情況非常普遍，嚴重影響了震后的自救與救災。而且，樓梯系統的斷裂也造成了對主體結構抗震性能的影響，造成了余震中建筑物抗震性能的下降。

三．樓梯和結構主體

樓梯對主體結構的影響主要表現有兩個方面，樓梯對豎向構件的影響以及樓梯自身的傳力。由于樓梯傳力，豎向構件往往會出現短柱或錯層。而樓梯本身傳力需得到保障，從而實現疏散功能。

理論研究以及一些震害調查表明，樓梯對主體結構的影響大小，主要取決于樓梯與主體結構的相對剛度比。主體結構整體剛度越大，比如抗震墻結構，框架一抗震墻結構，由于結構主體自身的剛度很大，整體性能好，樓梯剛度對于主體而言相對很小，那么它對主體影響就很小，有時可以忽略不計；而當采用框架結構，裝配式結構，特別是砌體結構的時候，樓梯對其主體的影響就不容小視了，在多遇地震作用下，結構基本是處于彈性工作狀態，填充墻、砌體承重墻沒有開裂或者開裂程度不高，剛度尚未退化，樓梯剛度在主體結構中依舊可以認為不大，而在超出設防烈度及罕遇地震的時候，結構一般進入彈塑性狀態，墻體開裂，剛度驟然降低，樓梯剛度在主體剛度中所占的比重就越加增大，現澆梯板可視為剛性樓板，承擔傳遞水平地震作用的重任，從而導致樓梯梯板拉裂，樓梯間短柱破壞，最終導致主體破壞甚至坍塌。

經過工程實例對比發現，樓梯構件是否參與結構整體計算，不僅影響地震作用效應的計算結果，也可能由于改變恒載、活載的傳遞途徑而對相關構件計算產生影響。

對比發現當其他區域荷載小于樓梯間時，不考慮樓梯影響計算結果顯示位移比較大，考慮樓梯剛度后剛心與質心的重合程度有所改善，位移比有所減小。

結合條文說明，規范允許根據不同的具體結構，判斷樓梯構件對整體的可能影響很大或不大，然后區別對待，并不要求一律參與整體結構的計算，但樓梯構件自身應計算抗震。現行規范對鋼筋混凝土結構樓梯間抗震設計的基本要求可歸納為：是否參與整體抗震計算，視情況而定；樓梯構件應進行抗震設計計算；加強樓梯間填充墻與主體結構的拉結。

由于地震動的不確定性、地震的破壞作用、結構地震破壞機理的復雜性，以及結構計算模型的各種假定與實際情況的差異，．目前，依據所規定的地震作用進行結構抗震驗算，不論計算理論和工具如何發展，計算怎樣嚴格，計算的結果還是比較粗略，過分地追求數值上的精確是不必要的。然而，從工程的震害看，這樣的抗震驗算是有成效的，不可輕視。

四．樓梯抗震設計的幾點建議

考慮樓梯對主體結構的影響時，應根據主體結構與樓梯的側向剛度大小，采取相應的設計措施：

1.樓梯采用現澆式或者裝配整體式混凝土結構，不應采用裝配式結構。

2.對框架結構，砌體結構及其他整體性不好的結構，結構計算中應注意考慮樓梯對主體結構的影響和主體結構對樓梯的影響，采用包絡設計的方法。基于現行規范，在對結構進行規則性判斷和位移計算時，可不計樓梯的影響。而構件設計則需要考慮樓梯的作用，按計入和不計人樓梯分兩種情況進行設計。

3.對主體結構剛度很大，整體性較好的結構，如抗震墻結構、框架一抗震墻結構等，一般不考慮樓梯的影響，不過在結構平面布置時，應重視樓梯間周圍的豎向構件，類似于電梯井，盡量使抗震墻位置合理，這樣，既可以使樓梯對主體結構的影響減小，同時也保護了樓梯構件。

4.需特別注意設置樓梯形成的框架短柱或錯層柱，柱箍筋除應滿足計算要求外，箍筋應全高加密，宜按抗震等級提高一級配置。

5.樓梯處梁上立柱時，柱子截面一般都很難做大，但該柱也應按照框架柱要求設計，保證其截面面積不小于300mmX300mm，柱最小邊長不應小于200mm，并相應增加另一邊高度。￡在以往的設計中，當底層無地下室時，樓梯直接支撐在孤立的樓梯梁上，而根據震害調查發現，此做法不妥，地震時樓梯板吸收的水平地震作用在樓梯梁處的水平傳力路徑中斷，孤立的樓梯梁很難擔當由梯板傳遞的水平推力，梯板邊緣的梁截面處往往開裂甚至破環，設計中應盡量避免。

五．結束語

樓梯是建筑的一個重要組成部分，是最重要的疏散工具，在抗震防災中起著舉足重輕的作用。從地震被損壞的鋼筋混凝土結構房屋來看，其中一個特點是樓梯構件的破壞，影響了逃生通道安全，造成人員傷亡，所以建筑樓梯設計是非常重要的工作。綜上所述，不管是對規范理解出發，還是結合工程實際，樓梯設計對建筑抗震的影響應當被廣大設計師高度重視。目前來看，各種軟件的樓梯參與建筑抗震計算情況并不夠理想，不能過分依賴。設計可在比較合理的基礎上利用計算軟件，不拘泥于細節，不追求過高的計算精度，強調按概念設計進行各種調整。讓樓梯參與建筑抗震計算和加強抗震措施，使得樓梯對建筑抗震的影響降到最低，從而讓建筑結構更為合理。

參考文獻：

[1]嚴微 不同樓梯在地震下的反應分析[學位論文]， 2010 - 太原理工大學：結構工程

淺談樓梯設計對建筑抗震的影響

[2]喬銳 [期刊論文] 《黑龍江科技信息》 -2012年7期

[3]孫燁SUN Ye樓梯剛度對震區塔式建筑抗震設計的影響分析 [期刊論文] 《浙江建筑》 -2009年9期

[4]吳波 樓梯結構的抗震性能分析及地震作用下對主體結構的影響 [學位論文]， 2009 - 西南交通大學：結構工程

[5]王亞勇 戴國瑩WANG YayongDAI Guoying《建筑抗震設計規范》的發展沿革和最新修訂[期刊論文] 《建筑結構學報》 ISTIC EI PKU -2010年6期

[6]孟凡林 孟祥瑞 張維學Meng Fan-linMeng Xiang-ruiZhang Wei-xue考慮樓梯影響的框架結構地震響應分析 [期刊論文] 《工程抗震與加固改造》 ISTIC PKU -2012年1期

篇(2)

關鍵詞：高層建筑；抗震性能；理念；具體方法

Abstract: the world's population increased continuously, make the per capita living space gradually reduce, and then make the emergence of the high-rise building become an inevitable result. In recent years, such as earthquake disaster for high-rise building with the great damage and loss makes people have to of high-rise building in the design and construction of the construction of the seismic performance increase of consideration. This article describes and analyzes the structure of the high-rise building aseismic design of many of the idea of the foundation, and further puts forward the specific methods of seismic design.

Keywords: high building; Seismic performance; Ideas; The specific method

中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：

地震因為其高破壞力和高不確定性兩個特征成為一種危害人類正常生活的重大自然災害。同時也成為包括高層建筑在內的絕大部分建筑設計和施工項目都必需考慮的一個重要因素之一[1]。因為在人類的發展歷史上，地震這一自然災害給人們帶來了巨大的經濟財產和人身安全的損失，于是在很早以前抗震設計就成為了建筑結構設計里的一個重要考慮因素，而建筑結構的抗震設計理念和方法也隨著歷史的進步在不斷的發展。雖然人類目前還無法準確預測地震災害并確保建筑物在地震中免受損失和破壞，但是已經形成了一套比較完整的理論和方法體系，在一定程度上能做到“小震不壞，中震不修，大震不倒”，并盡大可能的做到了減少因地震建筑物倒塌而給人們生命和財產帶來的的嚴重損失。

高層建筑結構抗震設計理念

一直以來，對于建筑物的抗震設計理念和方法的研究都是建筑結構設計中的一個必要考慮因素，而增強建筑物的抗震性能是理論研究者為之奮斗不懈的的目標。現有的抗震設計理念是經過以下幾個重要的階段而總結得來的。

一是剛性設計理念。這是人們應對地震這一自然災害所總結和研究出的第一個設計的理念。當時的地震工程學者對地震和抗震理論知識的了解還很少，很貧乏。學者普遍認為建筑物在地震中損壞甚至倒塌的主要原因是因為建筑物的剛度不夠，不能抵抗地震的巨大能量才會倒塌。按照這一設計理念人們在房屋的施工建設工程中就通過增加剪力墻的厚度和承重墻的鋼筋和水泥的比例，以此來保證墻體結構有足夠的剛度，從而時地基與整個主體建筑形成一個剛性的有機整體。但是這一理念有其自身所具備的局限性，因為強調對建筑物剛度的要求，使得建筑物在高度和跨度上的發展收到限制。

二是柔性設計理念。因為看到了剛性設計理念的先天性不足，在剛性設計理念之后，抗震設計專家和學者們又提出了一個與剛性設計理念全然不同的柔性設計理念。這一理念放棄了對建筑物剛性的追求并且利用柔性建筑在地震中建筑物可以有效的側移和形變的優點來減少地震對建筑物的損害。事實表明，這一設計理念具備了剛性設計理念所無法具備的優勢，并且在一些小的低等級的地震中能比較好的保證建筑物的完好[2]。但是也僅僅是限于應對低等級的地震，事實表明，當遇到較高等級的地震時，在這一設計理念的指導下所建設的房屋是沒有任何抵抗力的。

三是結構控制設計理念。這一設計理念主要是通過對建筑物的控制結構的設置使已有的結構和新生的結構共同抵御地震。最近這些年以來，這一設計理念被廣泛應用于橋梁和高層建筑物的抗震設計中。

第四個是性能設計理念。這一設計理念的主要思想是讓建筑物在面對不同等級地震的時候能有不一樣的與之對應的抗震能力與性能，體現了多級抗震設防的重要思想[3]。該理論是在之前剛性設計理念、柔性設計理念和結構控制設計理念的基礎之上發展的全新的理論，因為其較大的抗震優勢，使得它成為現階段實際應用最為廣泛的抗震設計理念。它具體表現為以下幾個方面：①盡可能增加多道抗震防線。每一個抗震機構的體系都不是一個單一的體系，而一般都是右多個有良好延性的系統構成，而每一個分系統又是通過有較好延伸性能和柔性的構件相互連接配合作用的。比如說有剪力墻-框架體系是由具有良好延性的剪力墻和柔性較高的框架組成，而剪力墻又是分為雙肢剪力墻和多肢剪力墻分體系。一般的，強地震都伴隨著一系列的余震，這就要求建筑物節構具備抵抗強震的第一道防線之后還能有第二道，第三道防線來抵抗接下來的余震，只有這樣，才能保證建筑物在強震之后仍舊能夠不倒塌。這就要求每一樓層里的主要抗震耗能構建在強震中屈服后其他的輔助構建仍具有彈性性能，從而延長構件的“有效屈服時間”。 ②增強薄弱部位的抗震性能。構件的實際承受能力和計算承受能力是對構件合理布置的基礎，當在實際地震過程中，構件的實際承受里高于計算承受力，也就是構件面臨承受力的不定集中的情況，這時候就需要通過其他的與之相連的輔助構件對它的承受力完成轉移[4]。在薄弱部位（很有可能出現力的集中的部位）增強抗震設計，提高其抗震性能，能夠有效做到保證建筑物在地震中變形小，不倒塌。

二、高層建筑結構設計方法

對于建筑結構抗震設計，通常要考慮高層建筑物的剛度、強度，和延性，因為不僅要保證整體結構在地震中能夠承受一定范圍內的軸壓力和剪力，同時還要做到在力過大的時候在允許結構有一定的變形但是不至于嚴重倒塌。這是抗震的主要內容，也是抗震的核心內容。而現在具體的設計方法有以下這些。

一是多采用強剪弱彎結構。建筑結構中的梁和柱子簡剪力破壞比軸向扭力破壞所帶來的后果要嚴重的多，所以在設計之中要增強粱柱和墻體的剪力弱化軸向彎力。另外與此類似的還應該多采用強柱弱梁和強節點弱構件的設計方法。

二是改善高層建筑結構均勻性設計。首先是高層建筑是一個三維結構，在地震中作用力的方向是任意的，使其側向兩軸在剛度上均勻是保證其抗震性和抗風性的重要因素[5]；然后是在沿豎直方向的層剪力剛性性能盡量不要發生突變；最后就是沿同一軸的各向抗側力結構要避免出現剛度較大而延性較低的結構。

三是加強短柱抗震性能。①改善建筑物整個結構的抗震性能可以通過縮小短柱的截面積，增大剪跨比進而提高短柱的計算受壓載重力的方式達到。具體的方法是增強混泥土的實際等級，降低其軸壓比。②采用鋼管混泥土的方式澆灌短柱。在由圓形鋼管構成的構件體系里澆筑混泥土保證了混泥土能夠在三個方向都能受到足夠強度的壓力，從而提高了混泥土本身的抗壓能力和極限應力，進而在保證剛度和強度的前提下增強了其延性。③采用分體柱結構。這種方法是通過人為的將柱子的抗彎性能降低到其抗剪性能之下，從而用短柱在地震中的延性破壞代替它的水平斷裂進而保證建筑物不易倒塌。

結語

隨著社會和科技的進步和發展，專家學者對建筑物結構抗震設計的理念也在不斷的更新進步，進步和先進的理念給我們帶來的是可靠的結構設計方法。雖然人類在戰勝地震這一自然災害的路上還是任重而道遠，但是我們有理由相信，隨著人們對已有地震經驗的總結，我們的抗震工程學者會研究出更好的高層建筑結構設計理念理念和方法，進而進一步保證人類生命和財產不受損失。

參考文獻:

[1] 張彭,解林偉.試析高層建筑結構設計理念及方法[J].陜西建筑,2011（08）

[2] 王欣.淺談高層建筑結構選型要點[J].科技創新導報,2010,(15)

[3] 鄭克勤.關于高層建筑結構設計探討[J].中華民居,2011(03)

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【關鍵詞】房屋抗震；影響因素；措施

引言

房屋的抗震性能最大程度上取決于房屋的抗震設防標準，抗震設防標準越高，房屋的抗震性能就越強。目前，已有數百位專家在研究討論新的房屋抗震設防標準，以期修改沿用多年的房屋建造抗震標準，增強新建房屋的抗震能力。北京地區近日已率先將農房抗震要求提高到了能抵御8級地震的高標準。據測算，抗震設防標準每提高一級，建筑成本將隨之提高8%-10%。 房屋的選址是房屋抗震性能的外部主要條件，初步總結四川地震的經驗和教訓可以發現，遭遇同等強度地震的不同位置的房屋，其抗震性能有所不同。位于地質斷層附近的房屋比其他房屋更易被震塌。我國是一個地震多發國家，發生過破壞性地震的城市占全國城市總數的10%以上。因此，各地今后在房屋建筑設計與施工之前，必須充分重視房屋的選址應遠離地質斷層，防患于未然。 房屋結構設計與施工質量、房屋裝修是決定房屋抗震性能中受人為影響最大的兩個因素。在房屋結構設計中，一般而言，剪力墻結構的抗震性能優于框架結構，框架結構優于磚混結構。在施工質量中，建筑物必須嚴格根據抗震設計規范施工。 居住者在房屋裝修時不得隨意更改房屋結構，尤其是不可隨意更改房屋承重墻等一些關鍵部位，更改結構時應得到專業人士的指導或相關許可，任何擅自改動都有可能降低房屋抗震性能，造成致命隱患。

1 建筑物的重要性決定了其不同程度上的抗震性能

不同結構型式是不同建筑物功能需求和性價比所決定的，不能單單片面的說地震來臨時，哪種結構型式就一定好哪種結構型式就一定不好；因為按目前的抗震設防標準，它們有一個共同的設防目標：小震不壞 、中震可修 、大震不倒。

國家按建筑物發生災害時對人民生命財產可能造成損失的程度，按建筑物分為甲乙丙丁四類。主要的、重要的水電站、醫院、電力、通訊等生命救援保障和人員密集建筑被定為甲類或乙類，一般的住宅、辦公等均定義為乙類，設防的目標也不同：丙類建筑在設計時按設防目標進行；甲乙類建筑設計時至少要提高1度，請注意，這里均指是烈度而不是震級，這也很好理解，好的地基要比差的地基抗震性能好，處在地震活動帶的建筑自然發生地震的幾率大，抗震性能也很難保證。

2 建筑物得抗震性能首先取決于建筑物的抗震設防標準

國家根據地震發生的可能性和震害的嚴重性確定各地區基本設防烈度，這是各地區抗震設計的基本參數，主要代表地面加速度的大小。設防烈度一般分6~9度，上海地區設防烈度主要為7度，崇明、金山為6度。對具體建筑物，需要結合建筑使用功能的重要性確定建筑的抗震設防標準，即確定設計烈度和抗震等級。對一般建筑，設計烈度就是本地區設防烈度。設計烈度愈高，抗震能力愈強，但建筑物造價也愈高。

2.1 房屋結構的抗震性能與合理的抗震設計密切相關。

抗震設計就是要選擇合適的結構形式，確定合理的抗震措施，保證結構的抗震性能，確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標。所謂中震，指設防烈度，小震比中震小約1.55度，而大震則比中震增加約1度。合理的抗震設計主要基于先進的抗震理念、系統的分析計算和恰當的抗震措施。既要注意控制抗震指標如軸壓比、相對變形等，又要采取合適的抗震構造措施。

目前高層住宅主要采用現澆剪力墻結構、框架-核心筒或框架-剪力墻結構，具有較好的強度和變形能力，抗震性能相對較好。因此，無論板式住宅還是點式住宅，只要設計合理，都可滿足抗震要求。多層住宅大部分采用磚混結構，目前多采用現澆樓板，并采取設構造柱和圈梁等抗震措施，或者采用框架結構，大大增強了抗震能力。部分建筑外形怪異，平立面不規則，傳力體系復雜甚至需要多次結構轉換，這既增加了建筑物造價，也影響了建筑物的抗震性能。

2.2 房屋抗震性能還與施工質量等其他因素有關。因此加強施工質量監督，規范既有建筑的使用管理是十分必要的。

3 建筑物抵抗地震的能力不確定性

為了搞好抗震結構的施工，首先要了解地震力對建筑物可能引起的破壞作用。因為地震時不確定性和復雜性，我們很難用“數值設計”來有效控制結構的抗震性能，因此不能完全依賴于計算。根據目前對地震規律的認識，抗震設計的指導思想是：房屋在使用期間，對不同強度的地震應具有不同的抵抗能力，一般小震發生的可能性較大，因此，要求做到結構不損壞，這在技術上，經濟上是可以做到的。近幾年臺灣發生三次地震，福建沿海受其余震波影響，沒有造成建筑物嚴重損壞。如果要求結構遭受大震時不損壞，這在經濟上是不合理的，因此可以允許結構破壞。但是在任何情況下，不應導致建筑物倒塌，概括起來說，抗震設防的一般目標就是要做到“小震不壞，大震不倒”。從另一方面看，一個地區的基本地震烈度也是難以準確估計的，要根據當地的地址，地形和歷史地震情況等確定，因此房屋抗震能力很難確定。那就要在結構強度上和構造上下功夫，才能做到建筑物裂而不倒。這種危中脫險的工作主要依賴于良好的結構設計和施工質量。

4 施工質量和房屋抗震性能的關系

在強烈地震的作用下，要使建筑物裂而不倒，關鍵在施工過程的控制，以保證結構本身具有足夠的強度和各部件間有可靠的連接。對混合結構來說，一是砌體強度，也就是磚塊本身和砂漿標號。二是內外磚墻的咬槎以及構造柱，圈梁和墻體的連接構造。對鋼筋混凝土結構來說一是混凝土和鋼筋本身的強度。二是節點間的連接構造，兩者都和施工的質量密切相關，強度和構造連接的施工質量好，建筑就能抵抗地震，否則建筑物就要遭到嚴重破壞，以致倒塌，人民生命財產遭到嚴重損失。

5 目前影響建筑物抗震的施工質量問題

對于磚混結構的建筑物，在材料選用、施工質量上應當引起足夠重視。砌體強度不足，砂漿不飽滿，砂漿標號低，砌筑前磚塊不濕潤，冬季施工不澆水都會降低砂漿的粘結力和砌體的抗剪強度；加之砌體結構通常采用單塊的材料和砂漿砌筑，抗拉壓力低，且主要以手工操作，容易喪失承載能力。圈梁和構造柱的配筋不合理：圈梁和構造柱依靠其中的鋼筋將建筑上下各層，各片墻體連在一起，哪里連接不好，哪里就容易出問題。我們在施工現場經常發現鋼筋搭接長度不夠，鋼筋接頭該錯開的不錯開，該彎鉤的不彎鉤，鋼筋位置偏差大等等，都會直接影響到結構整體連接。 構造柱與墻體拉接筋放置不準確，構造柱混凝土振搗不密實，都直接影響構造柱的抗震能力，關系到磚混結構建筑物能否滿足抗震要求。

對于混凝土結構的建筑物，當前鋼筋混凝土結構的施工存在問題比較多，對結構的抗震性能極為不利。首先混凝土強度問題，混凝土水泥用量，水灰比和含砂率控制不嚴，對混凝土濕潤養護不重視，振搗不密實，柱頭施工縫遺留木屑、焊渣等造成柱的斷層，這些都是削弱結構支撐豎向荷載能力的重要因素，嚴重影響房屋抗震能力。

6 總結

前面談到影響房屋抗震的施工質量問題，這些都不是很難做到，只要我們在施工過程中認真負責，引起重視，發現問題及時整改，嚴格按照施工規程操作，控制好每一個分項、分部工程，絕不片面追求施工速度不顧工程質量，對人民的生命財產要有高度負責的態度。只有這樣，才能使建筑物的抗震安全性能得到進一步保證，人民生命財產免遭損失。

參考文獻：

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[3]楊佑發;魏建東 結構動力分析的非線性擬動力方程法 [期刊論文] -世界地震工程2002(02) .

[4]郭子雄 RC低矮抗震墻的變形性能及恢復力模型研究 1998(01) .

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【關鍵詞】房屋，建筑結構，抗震設計，要求

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A 文章編號：

一.前言

由于經濟發展速度加快，社會需求不斷增多，使得建筑的高度不斷加高，形態愈加復雜，建筑結構中抗震設計也趨于多樣化。我國作為一個多震國家，結構設計中應注重抗震設計，良好的抗震設計和抗震措施至關重要。抗震設計中，要進行地基基礎的抗震設計。抗震構造措施是結構設計的重要內容。針對房屋建筑結構中的抗震設計要求，進行結構抗震設計和抗震措施，在結構設計與建筑施工中，應熟悉各種結構設計的抗震構造措施。

二.建筑結構抗震設計的基本要求

地震作用越大，房屋抗震要求越高。不同設防烈度和場地上，結構的實際抗震能力會有差別，結構可能進入彈塑性狀態的程度不同。震害表明，未經抗震設計的鋼筋混凝土結構，在7度區只有個別構件破壞，8度、9度破壞增多，因此，對不同設防烈度和場地可以有明顯差別。結構的抗震能力主要取決于主要抗側力構件的性能，主、次要抗側力構件的要求可以有區別。如框架結構中的框架與框架――抗震墻結構中的框架應有所不同。房屋越高，地震反應越大，其抗震要求越高。綜合考慮地震作用，結構類型和房屋高度等因素劃分抗震等級進行抗震設計，可以對同一設防烈度的不同高度的房屋采用不同抗震等級設計；對同一建筑物中結構部分采用不同抗震等級。

三.影響建筑抗震的因素分析

1.建筑抗震取決于所選取建筑結構形式

為實現“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標，新版《建筑抗震設計規范》中取消了磚混內框架結構，提高了磚混結構建筑的設計要求。目前普遍使用的框架－剪力墻結構、剪力墻結構、框架結構三種結構形式中，框架－剪力墻結構的抗震性能最為突出，剪力墻次之。單純的框架結構造價雖然抗震性能不如前兩種，但其造價較低，施工技術成熟，是目前最為常見的結構形式。根據建筑當地的實際情況，結合建筑的使用功能，選取合適的結構形式，對于建筑抗震意義重大。

2.建筑抗震取決于適宜的抗震措施

在場地類型不同的情況下，抗震措施主要由建筑的不同等級決定。在確定建筑等級及場地類型之后，將先進的抗震理念和系統的分析計算納入到抗震措施設計中，即可改善建筑抗震設計，提高建筑抗震效果。

3.影響房屋建筑抗震性能的因素

房屋建筑抗震性能取決于場地選擇、施工質量等其他因素。建筑工程場地選擇不當等造成施工質量下降，這些因素都可能對建筑結構的抗震性能造成重要影響。選擇建好的工程場地、加強施工質量監督，對于提高建筑抗震性能是十分必要的。

四.建筑抗震設計具體分析

抗震設計的重要基本要求就是要確保房屋基礎構造的延性設計要求得以保證，能夠在建筑結構延性問題上設立多道防線，以此才能避免建筑結構脆性過大造成的構造強度失衡、失控的現象發生，從而影響其抗震性能及成果。因此，這就需要做好以下幾點把握。

1.周全考慮房屋建筑選址問題在房屋工程項目立項之初，就要周全考慮好能夠發揮抗震成果的選址問題，如健全周到考慮好土體結構、地質、地貌等問題，并要預測分析地震活動發生時建筑構造的承受能力，且要記錄相關技術資料檔案中，待實地考證時能夠綜合評價。此外，還要避開影響建筑構造抗震效果發揮的不利區域、地段等，當避無可避時應當立足實際采取合理控制措施

2.加強建筑構造規劃研究

由于地震發生時建筑結構本身會發生應力過于集中、突破塑性變形彈性極限等的可能，進而形成結構抗震薄弱部分。因此，建筑構造設計應能保證建筑結構延性、安全度、以及選取合適的建筑平面、剖面進行設計，既要保證建筑結構強度穩定，又能避免建筑脆性過大而延性過小的負面現象發生。

3.保證地基與基礎設計要求當房屋項目工程的地基土體為粘性土、軟土、液化土、以及不均勻沉降土時，應當評估好地基的基礎沉降是否在預控范疇之內，是否發生嚴重不規則沉降現象，從而才能有針對性的采取防控措施。

4.滿足建筑構造體系設計要求

抗震性能價值體現是建筑構造體系設計中的重要組成部分。因此在構造設計上就要綜合分析、周全考慮、能夠統籌把握好各項綜合因素。如考慮好抗震防御等級、抗震強度控制指標、項目建設場地、以及基礎地基處理、供應材料的質量體系要求、現有技術規模等問題。

5.確保建筑構造的構件要求

（一）房屋建筑工程的結構基礎構件設計應當滿足相關規程標準、要求，如混凝土的圈梁、構造柱、芯柱、或者配筋砌體等的質量建設體系要求就必須能夠保證。

（二）要保證混凝土結構合理設計，在建筑的具體結構構件應能具備尺寸合理、縱向承重鋼筋及箍筋的強度達到設計標準，目的是控制剪切破壞先于彎曲破壞發生的可能，以及防止鋼筋屈服而引起的構件塑性變形遭受破壞發生。

（三）鋼結構建筑施工時能夠保證其構件尺寸、規格、數量合理，進而才能避免整體構造抗震成果發揮不利、結構失穩的現象發生。最后，還要周全考慮好建筑構造構件之間的鏈接、銜接性的體現，控制好構件節點的穩定性，保證其在地震發生時的塑性破壞能夠晚于其他結構構件，進而才能增強建筑結構的整體穩定性與安全度。

五.建筑結構設計抗震關鍵措施和設計方法

1.建筑結構抗震措施要點

（一）房屋建筑結構設計要從建筑的全局出發，全面考慮各種建筑部位的功能，在此基礎上，科學設計每個部分的構件，保證每個部件之間的契合，促使每個部件或者是若干部件組合起來可以完成某一特定的設計要求，滿足一定的現實需求，同時，通過抗震設計，使得每個構件都可以具有相應的承載力，當地震來襲，每個構件都可以有著一定的次序先后破會，整體組合構件將會有著更強大的承載力和柔性，從而延緩地震破壞的速度，消耗爆發的能量。增強建筑的整體抗震能力。

（二）要嚴格選擇地基選址，地基選址是進行建筑結構設計的基礎，因此，在建筑結構抗震設計中，要科學避開山嘴，山包，陡坡，河流等不利因素，要本著堅硬，牢固，平坦，開闊的選址原則。親身實地，利用先進技術設備，進行地質勘探，山石水土監測，并取樣論證，科學嚴謹分析。力求使得整個地基牢固可靠，地質穩定無滲漏，無坍塌，無暗河，無熔巖，無火山……從而保證整個地基不會因為承載而發生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設計。

（三）采用合理的建筑平立面。建筑物的動力性能基本上取決于其建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理，結構布置符合抗震原則，通過無數次的實驗表明，簡單、規則、對稱的建筑結構抗震能力強，對延緩地震烈度范圍延伸，消耗地震的能量，減少地震對整體結構的破壞，而且，對稱結構容易準確計算其地震反應。

（四）選擇合理的結構形式。抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題。建筑結構抗震設計中，不同結構的抗震結構體系的承載力受到抗震設防烈度、建筑高度、場地條件以及建筑材料、施工條件、經濟條件等多種條件的影響，因此房建結構抗震設計要綜合考慮，做到科學選擇，嚴謹設計。

（五）結構良好的延性有助于減小地震作用，吸收與耗散地震能量，避免結構倒塌。因此，結構設計應力求避免構件的剪切破壞，爭取更多的構件實現彎曲破壞。

六.結束語

因為涉及到人類生命財產安全的重要問題，建筑物的抗震問題是目前建筑結構設計界討論比較多的話題之一。因此，我們在對建筑物進行結構設計的時候，必須把房屋建筑結構中的抗震設計要求放到非常重要的位置，并采取適當的措施，盡量避免地震對建筑物的損壞，為保障人民的生命及財產作出應有貢獻。

參考文獻：

[1]戴國瑩.建筑結構基于性能要求的抗震措施初探[J].建筑結構，2011，（08）

[2]吳智，李貴男，段壯志．民房建筑結構抗震能力分析與抗震措施探討［J］．山西建筑，2012(10)．

[3]高利學.淺談高層建筑的抗震設計與抗震結構[J].中國新技術新產品,2012,(03)

[4]黃星敏.房屋震害影響因素分析及應對措施[J].中國高新技術企業，2010，(2)

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關鍵詞：鋼筋混凝土橋墩；抗彎剛度； 混凝土偏壓構件；

1、引言

在地震荷載作用下，鋼筋混凝土橋梁墩柱結構受到地震的水平力和豎向力的作用下，橋梁墩柱截面會有所開裂，直接致使橋墩構件的抗彎剛度降低有所下降。對于橋墩鋼筋混凝土而言，在受拉鋼筋或受壓區混凝土屈服前，截面剛度會因為地震力荷載的變化而變化，主要是由于混凝土截面開裂所造成的影響，這種彈性范圍內的剛度變化給抗震設計造成了很大的困難。

在地震力作用下，在橋梁抗震設計理論中，不管是橋墩的強度設計理論還是橋墩的延性設計理論，無論是需求設計理念還是能力設計計算，抗彎剛度的取值對整個抗震設計都起著非常大的重要作用，在橋梁墩柱的相關設計中，對雙筋混凝土橋墩墩柱抗彎剛度的大小取值，一直是工程界比較關心的一個重要問題，特別是如何選取一個比較合理的橋墩墩柱截面開裂抗彎剛度值。

2、國內外鋼筋混凝土橋墩結構抗彎剛度研究概況

鋼筋混凝土橋梁墩柱結構受到地震的水平力和豎向力的作用下，鋼筋混凝土偏心受壓構件與橋墩墩柱有著極為相似的受力模式。區別在于：鋼筋混凝土橋墩墩柱所受到的彎矩作用很大，并且鋼筋混凝土偏心受壓構件開裂程度遠遠沒有它嚴重。混凝土開裂后

的鋼筋混凝土橋墩等效剛度的研究在國內工作并不

多，國內基本已經做過大量試驗研究工作的是鋼筋混

凝土偏心受壓構件的抗彎剛度取值的研究，通過大量的試驗研究表明, 構件的剛度不但與配筋情況，截面

幾何尺寸、材料性能有關, 而且還與截面的受力特性和內力狀態有關。

同濟大學（1973年）對內力重分布框架的研究時提出關于含有截面極限曲率、配筋系數、截面破壞彎矩等參數的混凝土偏心偏壓構件破壞時的抗彎剛度計算公式。[1]

其中：Mp截面破壞彎矩，1/ρ為截面極限曲率。

南京工學院（1978年）通過對混凝土偏壓構件的大量的試驗研究，提出了抗彎剛度計算公式。計算公式中含有軸力水平、截面尺寸、以及配筋率等參數。[2]

其中：h0為截面有效高度，e0為偏心距， n為鋼筋與混凝土的彈性模量的比值，μ為配筋率，Rf混凝土抗裂強度值。當時，以上計算公式按照計算值內插的方法確定。

四川省建筑科學研究所（1979年）根據截面的內外力平衡條件和材料應力應變曲線關系推導到得出了含有關混凝土截面平均壓應力、混凝土抗壓強度以及配筋率等參數的全截面偏壓構件偏心受壓構件的抗彎剛度計算公式。[3]

σk為混凝土截面平均應力，Ra為混凝土軸心抗壓強度

近階段，橋梁結構抗震設計中對開裂后的構件或截面剛度取值有著不同的研究成果。這也是國內有關學者對其做的大量相關的研究工作而得出的。

其中有同濟大學的郭磊、李建中、范立礎在論文《橋梁結構抗震設計中截面剛度的取值分析》中提出了，在反復荷載作用下，鋼筋混凝土構件達到屈服前對剛度的如何取值有一些看法，他們認為：在外力作用下，鋼筋混凝土構件達到屈服前，截面發生開裂后其剛度的取值應為截面彈性剛度，對截面彈性剛度在屈服前的情況下進行了分析，在毛截面剛度取值時的情況下與之進行抗震設計對比分析，繼而提出了屈服前的截面彈性剛度合理取值的重要性。[4]

式中：（圓形）；（矩形）My為橋墩墩柱等效屈服彎矩；D為橋墩截面高度；εy為鋼筋屈服應變。

還有北京交通大學的李永哲、閻貴平等撰寫的論文《鋼筋混凝土橋墩剛度和強度折減系數確定》，他們通過試驗而得出力-位移滯回曲線，剛度和強度的退化因隨配筋率、配箍率、軸壓比等變化而變化的情況進行了回歸分析而提出了相關的表達式，現存鋼筋混凝土橋墩的強度和剛度折減情況，能夠根據根據理論力-位移滯回模型的分析預測。[5]

由重慶交通科研設計院主編且剛實施的《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/T B02-01-2008)對橋梁延性構件的有效截面抗彎剛度計算也最做出了相應的規定和參考。

My、φy分別為截面的屈服彎矩和屈服曲率

3、國外鋼筋混凝土橋墩墩柱等效剛度的研究

對混凝土橋墩墩柱有效剛度的研究，國外學者也做了許多研究工作，不少成果已經被發表。

在受到外力的作用下，Mehanny (1999)用20個鋼筋混凝土橋墩和1片鋼筋混凝土橋梁結構做試驗，得出的結果與以前的研究成果及設計規范相對比分析，得出橋梁墩柱結構的等效彎曲剛度和等效剪切剛度的計算公式（如下式）。[6]

其中在無彎矩情況下，P0是構件的軸心受到的強度

Panagiotakos和Fardis(2001)用以量化屈服點的位移代替量化剛度的方法來確定鋼筋混凝土橋梁墩柱構件的等效剛度。Panagiotakos和Fardis以1000多個試驗數據（以循環加載為主）為基礎，經驗公式是通過三個分項的鋼筋混凝土橋梁墩柱構件的等效剛度回歸出來的：橋梁墩柱構件常量的剪切剛度；屈服曲率時的彎曲剛度；因縱筋的拉伸應變進入節點或基礎而導致的鋼筋-混凝土粘結滑移剛度。一般比較典型橋梁墩柱構件，經計算對比分析，其等效剛度約為0.2EcIg。[7]

Elwood 和Eberhard (2006)按照以前的120個墩柱的試驗數據以及結果，提出了關于彎曲效應及鋼筋-混凝土粘結滑移效應的矩形鋼筋混凝土墩等效剛度、考慮剪切效應的計算公式，橋梁墩柱構件的等效剛度為構件屈服點的割線剛度。[8]

其中當0.2 ≤ μ ≤ 0.5時，μ的取值用線性插值的方法進行計算，μ為軸壓比。

M.J.N.Priestley和G.M.Calvi等（2007）運用結構動力學已經材料力學的相關原理，按照“直接基于位移設計法（DDBD）”，在最大位移峰值反應下，利用 “單自由度（SDOF）”性能設計，得出了橋墩墩柱構件的有效剛度計算公式（如下所示）。[9]

me是參與振動的有效質量；Te是單自由度振蕩器的有效周期。

Haselton等(2008)]通過收集國內外大量的橋梁墩柱的試驗數據和結果，得出墩柱等效剛度及初始剛度的計算公式，此計算公式中包含長細比、軸壓比等參數，在此基礎上對公式進行簡化（如下式）[10]。

其中：

Berry等(2008)做大量的橋墩墩柱試驗，然后根據橋梁墩柱構件的試驗結果，標定了橋梁墩柱屈服點的等效剛度計算公式，其參數有長細比、縱筋率、軸壓比等。[11]

為墩柱構件的長細比，ρl為橋梁墩柱的縱筋率

FEMA356(ASCE2000)中提到了鋼筋混凝土柱構件的等效剛度的計算公式（如下式）。[12]

其中當μ的值在0.3到0.5范圍之內時，按線性插值的方法進行計算。

CEN-Eurcode(1998)、Caltrans Seismic Design Cirteria(2006)也相應的規定了橋梁延性構件的有效截面抗彎剛度計算公式。

φy、My分別為截面的屈服曲率和屈服彎矩。

5、小結

橋梁結構在壽命期內，發生破壞性地震的概率一般是極小的，橋梁結構設計按照這種極端的荷載來設計就會不發生損傷或破壞，這是沒有必要的。也是非常不經濟的。在強地震作用下，橋梁結構其延性構件進入彈塑性變形階段時，結構發生損傷，但利用延性抗震設計理念，一般不會發生倒塌、且震后是可以修復的。這一目標的實現是需要對橋梁的橋墩結構抗彎剛度進行充分的了解。根據這些概述能夠對橋梁的橋墩結構抗彎剛度有了較深的理解，對國內外研究現狀有充分的認識，對后期的橋梁橋墩柱剛度的計算以及橋梁延性計算有一定的參考意義。

參 考 文 獻

[1] 鋼筋混凝土小偏心受壓構件的曲率、剛度和桿端轉角. 同濟大學科學技術情報組編印.1973-4

[2] 南京工學院工民建專業剛度裂縫科研小組.鋼筋混凝土構件剛度和裂縫的計算.南京工學院學報土木工程專集. 1979

[3] 四川省建筑科學研究所.鋼筋混凝土屋架考慮非彈性的試驗分析及剛度計算.1979-12

[4] 郭磊、李建中、范立礎. 橋梁結構抗震設計中截面剛度的取值分析.同濟大學學報.2004

[5] 李永哲、閻貴平等. 鋼筋混凝土橋墩剛度和強度折減系數確定.世界地震工程.2005

[6] Mehanny,S.S.F.Modeling and Assessment of Seismic Performance of Composite Frames with Reinforced Concrete Columns and Steel Beams. Dissertation. Department of Civil and Environmental Engineering, Stanford

University.1999

[7] Panagiotakos, T. B. and Fardis, M.N.Deformations

of Reinforced Concrete at Yielding and Ultimate.

ACI Structural Journal.2001.Vol. 98

[8] K.J. Elwood,M.O. Eberhard. Effective Stiffness of

Reinforced Concrete Columns.PEER Research

Digest 2006-1.2006

[9] M.J.N.Priestley,G.M.Calvi. Displacement-Based

Seismic Design of_Structures.IUSS.2007

[10] Curt B. Haselton, Abbie B. Liel, Sarah Taylor

Lange, and Gregory g.Beam-Column Element Model Calibrated for Predicting Flexural Response Leading to Global Collapse of RC Frame Buildings.PEER Research Report.University of California-Berkeley.May 2008

[11] Micheal P.Berry, Dawn E.Lehman, Laura N.Lowes.Lumped-Plasticity Models for Performance Simulation of bridge columns.ACI StructureJournal.2008.V.105,No.3.270-279

[12] American Society of Civil Engineers.FEMA 356: Prestandard and Commentary for theSeismic

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關鍵詞：結構設計抗震

一.抗震設計思路發展歷程

隨著建筑結構抗震相關理論研究的不斷發展，結構抗震設計思路也經歷了一系列的變化。

最初，在未考慮結構彈性動力特征，也無詳細的地震作用記錄統計資料的條件下，經驗性的取一個地震水平作用（0.1倍自重）用于結構設計。到了60年代，隨著地面運動記錄的不斷豐富，人們通過單自由度體系的彈性反應譜，第一次從宏觀上看到地震對彈性結構引起的反應隨結構周期和阻尼比變化的總體趨勢，揭示了結構在地震地面運動的隨機激勵下的強迫振動動力特征。但同時也發現一個無法解釋的矛盾，當時規范所取的設計用地面運動加速度明顯小于按彈性反應譜得出的作用于結構上的地面運動加速度，這些結構大多數卻并未出現嚴重損壞和倒塌。后來隨著對結構非線性性能的不斷研究，人們發現設計結構時取的地震作用只是賦予結構一個基本屈服承載力，當發生更大地震時，結構將在一系列控制部位進入屈服后非彈性變形狀態，并靠其屈服后的非彈性變形能力來經受地震作用。由此，也逐漸形成了使結構在一定水平的地震作用下進入屈服，并達到足夠的屈服后非彈性變形狀態來耗散能量的現代抗震設計理論。

由以上可以看出，結構抗震設計思路經歷了從彈性到非線性，從基于經驗到基于非線性理論，從單純保證結構承載能力的“抗”到允許結構屈服，并賦予結構一定的非彈性變形性能力的“耗”的一系列轉變。

二.現代抗震設計思路及關系

在當前抗震理論下形成的現代抗震設計思路，其主要內容是：

1.合理選擇確定結構屈服水準的地震作用。一般先以一具有統計意義的地面峰值加速度作為該地區地震強弱標志值（即中震的），再以不同的R（地震力降低系數）得到不同的設計用地面運動加速度（即小震的）來進行結構的強度設計，從而確定了結構的屈服水準。

2.制定有效的抗震措施使結構確實具備設計時采用的R所對應的延性能力。其中主要包括內力調整措施（強柱弱梁、強剪弱彎）和抗震構造措施。

現代抗震設計理念是基于對結構非彈性性能的研究上建立起來的，其核心是關系，關系主要指在不同滯回規律和地面運動特征下，結構的屈服水準與自振周期以及最大非彈性動力反應間的關系。其中R為彈塑性反應地震力降低系數，簡稱地震力降低系數；而為最大非彈性反應位移與屈服位移之比，稱為位移延性系數；T則為按彈性剛度求得的結構自振周期。

60年代開始，研究者在滯回曲線為理想彈塑性及彈性剛度始終不變的前提下，通過對不同周期，不同屈服水準的非彈性單自由度體系做動力分析，得到了有關彈塑性反應下最大位移的規律：對T大于1.0秒的體系適用“等位移法則”即非彈性反應下的最大位移總等于同一地面運動輸入下的彈性反應最大位移。對于T在0.12－0.5秒之間的結構，適用“等能量法則”即非彈性反應下的彈塑性變形能等于同一地震地面運動輸入下的彈性變形能。當“等能量原則”適用時，隨著R的增大，位移延性需求的增長速度比“等位移原則”下按與R相同的比例增長更快。由以上規律我們可以看出，如果以結構彈性反應為準，把結構用來做承載能力設計的地震作用取的越低，即R越大，則結構在與彈性反應時相同的地震作用下達到的非彈性位移就越大，位移延性需求就越高。這意味著結構必須具有更高的塑性變形能力。規律初步揭示出不同彈性周期的結構，當其彈塑性屈服水準取值大小不同時，在同一地面運動輸入下屈服水準與所達到的最大非彈性位移之間的關系。也揭示出了延性能力和塑性耗能能力是屈服水準不高的結構在較大地震引起的非彈性動力反應中不致發生嚴重損壞和倒塌的主要原因。讓人們認識到延性在抗震設計中的重要性。

之所以存在上訴的規律，我們應該注意到鋼筋混凝土結構的一些相關特性。首先，通過人為措施可以使結構具有一定的延性，即結構在外部作用下，可以發生足夠的非線性變形，而又維持承載力的屬性。這樣就可以保證結構在進入較大非線性變形時，不會出現因強度急劇下降而導致的嚴重破壞和倒塌，從而使結構在非線性變形狀態下耗能成為可能。其次，作為非線彈性材料的鋼筋混凝土結構，在一定的外力作用下，結構將從彈性進入非彈性狀態。在非彈性變形過程中，外力做功全部變為熱能，并傳入空氣中耗散掉。我們可以進一步以單質點體系的無阻尼振動來分析，在彈性范圍振動時，慣性力與彈性恢復力總處于動態平衡狀態，體系能量在動能、勢能間不停轉換，但總量保持不變。如果某次振動過大，體系進入屈服后狀態，則體系在平衡位置的動能將在最大位移處轉化為彈性勢能和塑性變形能兩部分，其中，塑性變性能將耗散掉，從而減小了體系總的能量。由此我們可以想到，在地震往復作用下，結構在振動過程中，如果進入屈服后狀態，將通過塑性變性能耗散掉部分地震輸給結構的累積能量，從而減小地震反應。同時，實際結構存在的阻尼也會進一步耗散能量，減小地震反應。此外，結構進入非彈性狀態后，其側向剛度將明顯小于彈性剛度，這將導致結構瞬時剛度的下降，自振周期加長，從而減小地震作用。

隨著對規律認識的深入，這一規律已被各國規范所接受。在抗震設計時，對在同一烈度區的同一類結構，可以根據情況取用不同的R，也就是不同的用于強度設計的地震作用。當R取值較大，即用于設計的地震作用較小時，對結構的延性要求就越嚴；反之，當R取值較小，即用于設計的地震作用較大時，對結構的延性要求就可放松。

目前，國際上逐步形成了一套“多層次，多水準性態控制目標”的抗震理念。這一理念主要含義為：工程師應該選擇合適的形態水準和地震荷載進行結構設計。建筑物的性態是由結構的性態，非結構構件和體系的性態以及建筑物內容物性態的組合。目前性態水準一般分為：損傷出現（damageonset）、正常運作（operational）、能繼續居住（countinuedoccupancy）、可修復的（repairable）、生命安全（lifesafe）、倒塌（collapse）。性態目標指建筑物在一定程度的地震作用下對所期望的性態水準的表述。對建筑抗震設計應采用多重性態目標，比如美國的“面向2000基于性態工程的框架方案”曾對一般結構、必要結構、對安全起控制作用的結構分別建議了相應的性態目標――基本目標（常遇地震下完全正常運作，少遇地震下正常運作，罕遇地震下保證生命安全，極罕遇地震下接近倒塌）、必要目標（少于地震下完全正常運作，罕遇地震下正常運作，極罕遇地震下保證生命安全）、對安全其控制作用的目標（罕遇地震下完全正常運作，極罕遇地震下正常運作）。對重要性不同的建筑，如協助進行災害恢復行動的醫院等建筑，應該按較高的性態目標設計，此外，也可以針對甲方對建筑提出的不同抗震要求，選擇不同的性態目標。

三.保證結構延性能力的抗震措施

合理選擇了結構的屈服水準和延性要求后，就需要通過抗震措施來保證結構確實具有所需的延性能力，從而保證結構在中震、大震下實現抗震設防目標。系統的抗震措施包括以下幾個方面內容：

1.“強柱弱梁”：人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現較早，在達到最大非線性位移時塑性轉動較大；而柱端塑性鉸出現較晚，在達到最大非線性位移時塑性轉動較小，甚至根本不出現塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩定的塑性耗能機構和較大的塑性耗能能力。

2.“強剪弱彎”：剪切破壞基本上沒有延性，一旦某部位發生剪切破壞，該部位就將徹底退出結構抗震能力，對于柱端的剪切破壞還可能導致結構的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節點的組合剪力值，使結構能在大震下的交替非彈性變形中其任何構件都不會先發生剪切破壞。

3.抗震構造措施：通過抗震構造措施來保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力，同時保證結構的整體性。

這一系統的抗震措施理念已被世界各國所接受，但是對于耗能機構卻出現了以新西蘭和美國為代表的兩種不完全相同的思路。首先，這兩種思路都是以優先引導梁端出塑性鉸為前提。

新西蘭的抗震研究者認為耗能機構宜采用符合塑性力學中的“理想梁鉸機構”，即梁端全部形成塑性鉸，同時底層柱底也都形成塑性鉸的“全結構塑性機構”。其具體做法是通過結構分析得到各構件組合內力值后，對梁端截面就按組合彎矩進行截面設計；而對除底層柱底以外的柱截面，則用人為增大了以后的組合彎矩和組合軸力進行設計；對底層柱底截面則用增大幅度較小的組合彎矩和組合軸力進行截面設計。通過這一做法實現在大震下的較大塑性變形中，梁端塑性鉸形成的較為普遍，底層柱底塑性鉸出現遲于梁端塑性鉸，而其余所有的柱截面不出現塑性鉸，最終形成“理想梁鉸機構”。為此，這種方法就必須取足夠大的柱端彎矩增強系數。

美國抗震界則認為新西蘭取的柱彎矩增強系數過大，根據經驗取了較小的柱彎矩增強系數，這一做法使結構在大震引起的非彈性變形過程中，梁端塑性鉸形成較早，柱端塑性鉸形成的相對較遲，梁端塑性鉸形成的較普遍，柱端塑性鉸形成的相對少一些，從而形成“梁柱塑性鉸機構”。

新西蘭抗震措施的好處在于“理想梁鉸機構”完全利用了延性和塑性耗能能力較好的梁端塑性鉸來實現框架延性和耗散地震能量，同時因為除底層柱底外的其它柱端不出現塑性鉸，也就不必再對這些柱端加更多的箍筋。但是這種思路過于受塑性力學形成理想機構概念的制約，總認為底層柱底應該形成塑性鉸，這樣就對底層柱底提出了較嚴格的軸壓比要求，同時還要用足夠多的箍筋來使柱底截面具有所需的延性，此外，底層柱底如果延性不夠發生破壞很容易導致結構整體倒塌。這些不利因素使該方法喪失了很大的優勢。

因此很多研究者認為不需要被塑性力學的機構概念所限制，只要能在大震下實現以下的塑性耗能機構，就能保證抗震設計的基本要求：

1.以梁端塑性鉸耗能為主；

2.不限制柱端塑性鉸出現（包括底層柱底），但是通過適當增強柱端抗彎能力的方法使它在大震下的塑性轉動離其塑性轉動能力有足夠裕量；

3.同層各柱上下端不同時處于塑性變形狀態。

我國的抗震措施中對耗能機構的考慮也基本遵循了這一思路，采用了“梁柱塑性鉸機構”模式，而放棄了新西蘭的基于塑性力學的“理想梁鉸機構”模式。

抗震設計中我們為了避免沒有延性的剪切破壞的發生，采取了“強剪弱彎”的措施來處理構件受彎能力與受剪能力的關系問題。值得注意的是，與非抗震抗剪破壞相比，地震作用下的剪切破壞是不同的。以梁構件為例，在較大地震作用下，梁端形成交叉斜裂縫區，該區混凝土受斜裂縫分割，形成若干個菱形塊體，而且破碎會隨著延性增長而加劇。由于交叉斜裂縫與塑性鉸區基本重合，垂直和斜裂縫寬度都會隨延性而增大。抗震下根據梁端的受力特征，正剪力總是大于負剪力，正剪力作用下的剪壓區一般位于梁下部，但由于地震的往復作用，梁底的混凝土保護層可能已經剝落，從而削弱了混凝土剪壓區的抗剪能力；交叉斜裂縫寬度比非抗震情況大，以及斜裂縫反復開閉，混凝土破碎更嚴重，從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應退化；混凝土保護層剝落和裂縫的加寬又會使縱筋的銷栓作用有一定退化。可見，地震作用下，混凝土抗剪能力嚴重退化，但是試驗發現箍筋的抗剪能力仍可以維持。當地震作用越來越小時，梁端可能不出現雙向斜裂縫，而出現單向斜裂縫，裂縫寬度發育也從大于非抗震情況到接近非抗震情況，抗剪環境越來越有利。此外，抗震抗剪要求結構構件應在大震下預計達到的非彈性變形狀態之前不發生剪切破壞。因為框架剪切破壞總是發生在梁端塑性鉸區，這就不僅要求在梁端形成塑性鉸前不發生剪切破壞，而且抗剪能力還要維持到塑性鉸的塑性轉動達到大震所要求的程度，這就需要更多的箍筋。同時，在梁端塑性變形過程中作用剪力并沒有明顯增大，也進一步說明這里增加的箍筋不是用來增大抗剪強度，而是為了提高構件在發生剪切破壞時所達的延性。

綜上所述，與非抗震抗剪相比，抗震抗剪性能是不同的，其性能與剪力作用環境，塑性區延性要求大小有關。我們可以采取以下公式來考慮抗震抗剪的強度公式：

其中為混凝土抗剪能力，為箍筋抗剪能力，為由于地震作用導致的混凝土抗剪能力下降的折減系數，且隨著剪力作用環境、延性要求而改變。我國的抗震抗剪強度公式也以上面公式為基礎的，但是為設計方便，不同的烈度區取用了相同的公式，均取為0.6，與上面提到的混凝土抗剪能力隨地震作用變化而不同的規律不一致，較為粗略。

延性對抗震來說是極其重要的一個性質，我們要想通過抗震措施來保證結構的延性，那么就必須清楚影響延性的因素。對于梁柱等構件，延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點：混凝土極限壓應變，破壞時的受壓區高度。影響延性的其他因素實質都是這兩個根本因素的延伸。如受拉鋼筋配筋率越大，混凝土受壓區高度就越大，延性越差；受壓鋼筋越多，混凝土受壓區高度越小，延性越好；混凝土強度越高，受壓區高度越低，延性越好（但如果混凝土強度過高可能會減小混凝土極限壓應變從而降低延性）；對柱子這類偏壓構件，軸壓力的存在會增大混凝土受壓區高度，減小延性；箍筋可以提高混凝土極限壓應變，從而提高延性，但對于高強度混凝土，受壓時，其橫向變形系數較一般混凝土明顯偏小，箍筋的約束作用不能充分發揮，所以對于高強度混凝土，不適于用加箍筋的方法來改善其延性。此外，箍筋還有約束縱向鋼筋，避免其發生局部壓屈失穩，提高構件抗剪能力的作用，因此箍筋對提高結構抗震性能具有相當重要的作用。根據以上規律，在抗震設計中為保證結構的延性，常常采用以下措施：控制受拉鋼筋配筋率，保證一定數量受壓鋼筋，通過加箍筋保證縱筋不局部壓屈失穩以及約束受壓混凝土，對柱子限制軸壓比等。

四.我國抗震設計思路中的部分不足

我國在學習借鑒世界其他國家抗震研究成果的基礎上，逐漸形成了自己的一套較為先進的抗震設計思路。其中大部分內容都符合現代抗震設計理念，但是也有許多考慮欠妥的地方，需要我們今后加以完善。

其中，最值得我們注意的是，與國外規范相比，我國抗震規范在對關系的認識上還存在一定的差距。歐洲和新西蘭規范按地震作用降低系數（“中震”的地面運動加速度與“小震”的地面運動加速度之比）來劃分延性等級，“小震”取值越高，延性要求越低，“小震”取值越低，延性要求越高。美國UBC規范按同樣原則來劃分延性等級，但在高烈度區推薦使用高延性等級，在低烈度區推薦使用低延性等級。這幾種抗震思路都是符合規律的。而目前我國將地震作用降低系數統一取為2.86，而且還把用于結構截面承載能力設計和變形驗算的小震賦予一個固定的統計意義。對延性要求則并未按關系來取對應的，而是按抗震等級來劃分，抗震等級實質又主要是由烈度分區來決定的。這就導致同一個R對應了不同的，從而制定了不同的抗震措施，這與關系是不一致的。這種思路造成低烈度區的結構延性要求可能偏低的結果。

另外，我國規定的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準抗震設防目標也存在一定的問題。該設防目標對甲類、乙類、丙類這三類重要性不同的建筑來說，并不都是恰當的。這種籠統的設防目標也不符合當今國際上的“多層次，多水準性態控制目標”思想，這種多性態目標思想提倡在建筑抗震設計中應靈活采用多重性態目標。甲類建筑指重大建筑工程和地震時可能發生嚴重此生災害的建筑，乙類建筑指地震時使用不能中斷或需要盡快修復的建筑，由于不同類別建筑的不同重要性，不宜再籠統的使用以上同一個性態目標（設防目標），此外，還應該考慮建筑所有者的不同要求，選擇不同的設防目標，從而做到在性態目標的選擇上更加靈活。

五.常用抗震分析方法

伴隨著抗震理論的發展，各種抗震分析方法也不斷出現在研究和設計領域。

在結構設計中，我們需要確定用來進行內力組合及截面設計的地震作用值。通常采用底部剪力法，振型分解反應譜法，彈性時程分析方法來計算該地震作用值，這三種方法都是彈性分析方法。其中，底部剪力法最簡便，適用于質量、剛度沿高度分布較均勻的結構。它的大致思路是通過估計結構的第一振型周期來確定地震影響系數，再結合結構的重力荷載來確定總的水平地震作用，然后按一定方式分配至各層進行結構設計。對較復雜的結構體系則宜采用振型分解反應譜法進行抗震計算，它的思路是根據振型疊加原理，將多自由度體系化為一系列單自由度體系的疊加，將各種振型對應的地震作用、作用效應以一定方式疊加起來得到結構總的地震作用、作用效應。而對于特別不規則和特別重要的結構，常常需要進行彈性時程分析，該方法為直接動力分析方法。以上方法主要針對結構在地震作用下的彈性階段，保證結構具有一定的屈服水準。

篇(7)

關鍵詞：概念設計、結構措施、建筑

中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：

引言：

概念設計的關鍵，以顯示先進的設計理念，建筑使用的整體方案設計的整體結構的概念，在一個特定的空間結構工程師的主要任務，自覺處理的部件和結構，結構和結構設計成果。普遍認為，良好的概念設計與他的不懈追求，其結構的概念，結構工程師將隨他的年齡和實踐中成長，已成為日益多樣化，越來越多的創新和完善。今天的節目集成的綜合應用，計算機的結果顯然是不合理的，甚至是錯誤不能被及時發現。隨著年齡的增加，導致孤立他們在大學學到的概念逐漸被遺忘，就更不用說了不斷創新的設計成果。

概念設計的重要性

概念設計的重要性，主要還因為現行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性，比如對混凝土結構設計，內力計算是基于彈性理論的計算方法，而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態設計方法，這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態差之甚遠，為了彌補這類計算理論的缺陷，或者實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計，都需要優秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。同時計算機結果的高精度特點，往往給結構設計人員帶來對結構工作性能的誤解，結構工程師只有加強結構概念的培養，才能比較客觀、真實地理解結構的工作性能。

概念設計之所以重要，還在于在方案設計階段，初步設計過程是不能借助于計算機來實現的。這就需要結構工程師綜合運用其掌握的結構概念，選擇效果最好、造價最低的結構方案，為此，需要工程師不斷地豐富自己的結構概念，深入、深刻了解各類結構的性能，并能有意識地、靈活地運用它們。

協同工作的概念廣泛存在于工業產品的設計和制造中，對于任一個工業產品，我們均不希望其在遠未達到其設計壽命（負荷、功能）時，它的某些部件（或零件）即出現破壞。對于建筑結構，協同工作的概念即是要求結構內部的各個構件相互配合，共同工作。這不僅要求結構構件在承載能力極限狀態能共同受力，協同工作，同時達到極限狀態，還要求他們能有共同的耐久壽命。結構的協同工作表現在基礎與上部結構的關系上，必須視基礎與上部結構為一個有機的整體，不能把兩者割裂開來處理。舉例而言，對磚混結構 ，必須依靠圈梁和構造柱將上部結構與基礎連接成一個整體，而不能單純依靠基礎自身的剛度來抵御不均勻沉降，所有圈梁和構造柱的設置，都必須圍繞這個中心。

二、概念設計的原理

在進行結構概念設計時，應該遵循的第一個原則就是全面考慮的原則，要巨無細遺的考慮到建筑設計中的方方面面，包括建筑結構和施工方面的考慮，從整體到局部都要進行很好的把握，更不能忽視他們之間的關系，還有建筑完成后帶給使用者在視覺感受、功能使用方面、成本預算方面等的考慮。從實際出發，結合當地的地域性特點，根據建筑即將坐落地區的自然條件、人文條件、歷史文化、資源和材料限制等方面從現實的角度考慮建筑的結構概念。高層建筑擁有自己的自重特點，要從減輕自重的原則出發，建筑結構所承受的荷載大部分都是來自建筑物本身的自重，減輕自重也就減輕了結構的負荷。要讓建筑結構合理受力，荷載均勻分布，多跨連續、空間作用、剛性連接、超靜定的受理系統都可以使結構的受力狀況均勻分布，分析結構的受力狀況時，還要從各部分結構構件的直接受力狀況和整體結構的宏觀受力狀況分析。材料盡可能的選用以軸向應力為主的受力狀態，合理的組織構件的截面。優先選型，就是要優化結構體系，根據實際條件優化選擇合適的基本構件，并確定他們的聯系，確定構件的基本支撐做法。

三、結構概念設計的主要措施

為了保證結構具有足夠的抗震可靠性而對建筑工程結構做的概念設計主要考慮了以下因素：場地條件和場地土的穩定性；建筑物的平、立面布置及其外形尺寸；抗震結構體系的選取、抗側力構件的布置以及結構質量的分布；非結構構件與主體結構的關系及其兩者之間的錨拉；材料與施工質量等。

1、選擇對建筑抗震有利的場地，宜避開對建筑抗震不利的地段，不應在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。對于不利地段，結構工程師應提出避開要求，當無法避開時，應采取有效措施，這就考慮了地震因場地條件間接引起結構破壞的原因，諸如地基土的不均勻沉陷、地震引起的地表錯動與地裂。

2、建筑的平立面布置應符合概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的方案。不規則的建筑，在結構設計時要進行水平地震作用計算和內力調整，并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施。借鑒國際的通行做法，參考外國規范，使我們的設計更加完善合理。

3、結構材料選擇與結構體系的確定應符合抗震結構的要求。采用哪一種結構材料，什么樣的結構體系，經技術經濟條件比較綜合確定。同時力求結構的延性好、強度與重力比值大、勻質性好、正交各向同性，盡量降低房屋重心，充分發揮材料的強度，并提出了結構兩個主軸方向的動力特性(周期和振型)相近的抗震概念。

4、盡可能設置多道抗震防線。地震有一定的持續時間，而且可能多次往復作用，根據地震后倒塌的建筑物的分析，我們知道地震的往復作用使結構遭到嚴重破壞，而最后倒塌則是結構因破壞而喪失了承受重力荷載的能力。適當處理構件的強弱關系，使其形成多道防線，是增加結構抗震能力的重要措施。例如單一的框架結構，框架就成為唯一的抗側力構件，那么采用“強柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可以做到利用梁的變形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防線的位置。

5、具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結構的抗側移剛度，往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物在遭受強烈地震時，具有很強的抗倒塌能力，最理想的是使結構中的所有構件及構件中的所有桿件都具有較高的延性，然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿作的延性是比較經濟有效的辦法。例如上剛下柔的框支墻結構，應重點提高轉換層以下的各層的構件延性。對于框架和框架筒體，應優先提高柱的延性。在工程設計中另一種提高結構延性的辦法是結構承載力無明顯降低的前提下，控制構件的破壞形態，減小受壓構件的軸壓比(同時還應注意適當降低剪壓比)，提高柱的延性。

6、確保結構的整體性，各構件之間的連接必須可靠。

結束語：

從人們從事建筑設計開始，就不斷的在進行實踐活動，雖然會遇到各種各樣的問題，但它是解決這些問題的過程中，人類將繼續取得進展高層建筑結構，無論在設計或計算一項復雜的任務。這就要求設計師都具有堅實的理論基礎，而且還具體實際的基礎上，加上一定程度的概念設計，只有這樣才可以設計出外觀、實用、高效和創造性的高層建筑。

參考文獻：

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[2]楊杰、張敏、李紅培，概念設計在建筑抗震設計中的重要性和實現方法[期刊論文]-四川建筑 2010(4)