混凝土结构抗震设计概述
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摘 要：地震使我们生命财产，工程安全受到了巨大的威胁。如何能在地震灾害到来之时，减少避免工程安全事故的出现，给工程师们带来了挑战的同时，已经成为越来越多的工程师关注和研究的课题。结构设计中必须注重几个方面进行抗震设计，减少地震带来的损失。
中图分类号：TU73文献标识码： A
前 言：
地震是一种自然现象，我国是一个地震相对多发的国家，近几年频发的地震灾害给人们带来了严重的经济损失和惨痛的经验教训。2008年5月，我国汶川地区发生的里氏8.0级特大地震，造成了6万多人死亡和重大的经济损失；2010年4月，我国青海省玉树藏族自治州玉树县发生7.1级地震，震源深度33千米，遇难2698人，失踪270人。为尽量减少地震给人类造成的损失，工程结构的抗震设计是在建筑结构设计中非常重要的一部分。
抗震概念设计
目前，我国抗震设计相关规范的制定根据建筑物的重要性分类和三水准设防、两阶段设计的基本思想。《建筑工程抗震设防分类标准》根据建筑物使用功能的重要性将建筑物抗震设防分为四类，即甲类、乙类、丙类、丁类。三水准设防目标就是所谓的“小震不坏，中震可修，大震不倒”；两阶段设计第一阶段设计为承载力验算，第二阶段为弹塑性变形验算。
由于地震的不确定性和复杂性，结构抗震计算与地震中结构的实际反应有这较大的差别，因此概念设计有着更为决定性的作用。抗震概念设计要遵循以下几个基本原则[1]：
结构体系应该有合理的地震力作用传力途径以及计算简图，以便知道结构地震作用效应。
结构构件布置时应该尽量避免由于部分结构或构件的破坏而导致结构整体丧失承载力。
采取有效的抗震措施加强结构的薄弱部位。
结构体系宜设置多道抗震防线，保证结构有赘余度。
结构本身应具备基本的抗震承载力、变形和耗能能力。
结构平面布置要遵循两个方向动力特性接近。平面布置宜规则、对称，并有良好的整体性。
强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱构件原则
随着抗震概念的进一步深入，抗震设计的目标变得越来越具体，因而出现了抗震性能化设计，它也逐渐成为结构抗震设计的研究方向。抗震性能设计是以抗震设计和经济条件为基础，同时综合考虑使用功能、设防烈度、场地条件、结构类型和经济条件等等。不同的抗震设防类别，性能设计要求也不同。建筑抗震性能化设计主要研究方向为承载力和变形能力之间的关系，具有很强的灵活性，设计者可以根据自己关注的对象对整个结构或者某个构件进行专门研究，以达到提高抗震安全性或满足使用功能等专门要求。规范中要求有特殊要求且难以按照规范做常规设计的结构，复杂结构，在高烈度区甲乙类结构或处于抗震不利地段的结构需要进行抗震性能设计。规范中将结构性能等级划分为基本完好、轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌。“三水准”设防在某些时候造成经济上的浪费，因此多水准性能目标能够更好的控制经济损失。
抗震计算
结构需要根据结构的抗震设防烈度进行相应的抗震计算，通常抗震计算包括：多遇地震下的抗震承载力验算，多遇地震烈度下的结构侧移验算，罕遇地震烈度下的结构薄弱层弹塑性变形验算。
对于三水准两阶段设计中，第一阶段设计通常是假定结构在多遇地震作用下处于弹性阶段，一般用弹性体系加速度反应谱法进行计算；第二阶段设计是结构在罕遇地震作用下结构进入弹塑性状态，显然弹性加速度反应谱法不适用，一般采用结构弹塑性非线性分析。非线性动力分析一般仅用于需要进行第二阶段设计的高层结构和特别不规则的结构。
按照两阶段进行设计的方法，第一阶段为截面抗震验算，第二阶段为抗震变形验算。
结构体系的地震计算包括水平地震作用计算和竖向地震作用计算，最后根据实际情况进行组合。一般来说，结构竖向抵抗地震作用的能力比水平抵抗地震作用的能力要强，通常只关注结构水平地震作用。规范中规定，9度时的高层建筑、长悬臂构件以及大跨度空间结构需要进行竖向地震作用计算。弹性体系水平地震作用有两张常用方法：振型分解反应谱法、底部剪力法。竖向地震作用常用计算方法为竖向反应谱法及静力法。
抗震构造措施
结构抗震构造要求涵盖了抗震计算不能体现表达的重要因素，是根据实际工程经验、震害经验教训以及抗震试验研究总结得到的规律。多层高层钢筋混凝土房屋抗震设计时一般要根据房屋最大适用高度，房屋抗震等级等原则进行设计。我国规范中，已经明确的写出了各个构件在抗震设计时应注意的构造要求。框架梁一般注意梁截面尺寸，梁端截面的有足够的延性，以及梁端纵筋配筋率要求不应大于2.5%。框架柱的构造要求包括控制最小截面尺寸和截面高宽比、控制剪跨比、控制轴压比、柱内纵向钢筋的配置要求、加强柱子的横向约束等等。对于满足以下情况的柱子，《建筑抗震设计规范》[2]中表6.3.6对轴压比限值进行调整：对于剪跨比小于2的短柱轴压比限值更为严格；柱子全高采用不同形式箍筋，箍筋间距不同的柱子分别作出了调整；柱子中加芯柱的情况轴压比可适当进行放宽。节点区域的构造要求包括节点区域箍筋的要求以及梁柱箍筋在节点区域的锚固要求。抗震墙通过对其边缘构件的进行构造要求，试验表明，有约束边缘构件的抗震墙比没有约束边缘构件的抗震墙极限承载力提高约40%，这是相当可观的。
震害经验及教训
就多次地震发生的破坏情况来看，通常破坏可分为以下几种类型：
结构整体设计布置不合理，如平面布置不对称，严重偏心扭转，刚度分布不均匀等，这样在地震作用下，结构会发生严重的扭转和在凹角处应力集中，严重时会将结构整体扭裂。竖向刚度有突变时，结构的薄弱层会发生大变形，在地震作用下薄弱层严重破坏。房屋结构预留的防震缝不满足要求，由于防震缝过小，在地震作用时，防震缝两侧建筑发生碰撞而发生破坏。
框架柱一般发生剪切破坏、压弯破坏等，多是由于强度或者延性不足导致的。多次震害表明柱的震害重于梁，角柱震害比中柱严重。对于同一根柱子，柱子上端破坏比下端破坏更为严重。
框架梁的震害常出现在梁柱的连接端，一般发生形式为斜截面破坏，正截面破坏，锚固破坏。楼层板往往不发生严重破坏。
框架梁柱节点多由于抗剪不足而发生破坏。
剪力墙多数情况是在连梁处或者墙底部发生破坏。剪力墙开洞处应力集中，连梁端部易发生破坏，若连梁本身设计不合理，可能出现裂缝或者剪切破坏。
以上这些问题，基本上都是没有遵守抗震概念设计的原则，在设计中出现了问题。要么没有遵循结构布置宜规则对称，要么是没有实现强柱弱梁、强节点弱构件。这些事实都给设计者们敲响了警钟，我们必须要合理清晰的设计思路下进行设计，严格遵守规范条文等相关规定。按照要求合理的进行结构抗震设计是减少人员伤亡和经济损失的重要保障。
总结
结构工程师在设计过程中，必须遵守规范要求进行结构设计。总体来说，房屋的抗震设计就是在结构相对应的地震设防烈度下，合理地确定结构的选型、布置，进行抗震计算，并通过进一步的抗震措施，满足抗震等级的要求，使结构具有足够的强度、刚度和延性，从而保证结构实现“三水准”，尽量减少人员伤亡，经济财产的损失。
参考文献
[1]尚守平，结构抗震设计，高等教育出版社. 2007.11.
[2]中华人民共和国行业标准. GB50011-2010建筑抗震设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社, 2010.