【文章內(nèi)容簡介】 形能力兩者共同決定的。 當結(jié)構(gòu)承載力較小，但具有很大延性，所能吸收的能量多，雖然較早出現(xiàn)損壞，但能經(jīng)受住較大的變形，避免倒塌。 但是，僅有較大承載力而無塑性變形能力的脆性結(jié)構(gòu)，吸收的能量少，一旦遭遇超過設(shè)防烈度的地震作用時，很容易因脆性破壞使房屋造成倒塌 。 ?一個構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的延性用 延性系數(shù) 表達，一般用其最大允許變形 與屈服變形 的比值表達，變形可以是線位移、轉(zhuǎn)角或?qū)娱g側(cè)移，其相應(yīng)的延性，稱之為線位移延性、角位移延性和相對位移延性。 ?p? y? 結(jié)構(gòu)延性的表達式 ： , 設(shè) 為結(jié)構(gòu) 屈服時荷載 ； 則 為結(jié)構(gòu) 屈服荷載所對應(yīng)的變形 ； 為結(jié)構(gòu) 極限荷載 ； 為 結(jié)構(gòu)極限荷載或降低 10 ％ 時所對應(yīng)的最大允許變形 ( 或 )。 /py? ? ? ?y?yFp?mFp? 39。p??鋼筋混凝土是一種彈塑性材料，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有塑性變形的能力，當?shù)卣鹱饔孟陆Y(jié)構(gòu)達到屈服以后，利用結(jié)構(gòu)塑性變形來吸收能量。增加結(jié)構(gòu)的延性，不僅能削減地震反應(yīng)，而且提高了結(jié)構(gòu)抗御強烈地震的能力。 ?結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的延性是通過試驗測定的 ，是由采取一系列的構(gòu)造措施實現(xiàn)的 。 因此 ， 在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中必須嚴格執(zhí)行規(guī)范 、 規(guī)程中有關(guān)的構(gòu)造要求 。 從保證延性的重要性而言 ， 抗震結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施比計算更重要 。 ?建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性要求為 。 為了保證結(jié)構(gòu)的延性 ， 構(gòu)件要有足夠的截面尺寸 ， 柱的軸壓比 ， 梁和剪力墻的剪壓比 ， 構(gòu)件截面配筋率要適宜 ，應(yīng)遵照規(guī)范 、 規(guī)程的規(guī)定要求 。 48? ???合理地控制結(jié)構(gòu)的非彈性部位 (塑性鉸區(qū) )，掌握結(jié)構(gòu)的屈服過程及最后形成的屈服機制 。 要采取有效措施防止過早的混凝土剪切破壞 、 鋼筋錨固滑移和混凝土壓碎 等脆性破壞。 為保證混凝土與鋼筋共同工作，必須使鋼筋有足夠的錨固長度和混凝土保護層厚度。在設(shè)計中無論柱、梁的縱向鋼筋、墻的分布鋼筋和樓板鋼筋，直徑宜細不宜粗，間距宜密不宜稀。 ?合理設(shè)置防震縫。一般情況下宜采取調(diào)整平面形狀與尺寸，加強構(gòu)造措施，設(shè)置后澆帶等方法盡量不設(shè)縫、少設(shè)縫。必須設(shè)縫時必須保證有足夠的寬度。 第四節(jié) 結(jié)構(gòu)的抗震性能 一 、 構(gòu)件的抗震性能 ?一般認為：當構(gòu)件吸收到一定值的地震能量以后 ， 便會破壞 。 所吸收的能量 E可由力 位移曲線的面積來表示 。 當結(jié)構(gòu)是完全彈性時 ， 位移是直線關(guān)系 (圖 1)， 當 的面積達到一定數(shù)值時 ， 構(gòu)件破壞；如果構(gòu)件有一定的塑性變形能力 ， 則當吸收的地震能量相同時 ， 受到的地震力較小 (圖 2)；塑性變形的能力越大 ， 則受到 地震力越小 (圖 3)。 OAB??如圖 1這種彈性變形的構(gòu)件，是以承載力為抗震能力； 而圖 2和圖 3這樣的構(gòu)件，具有較強的彈塑性變形能力，則是以非線性變形 (延性 )作為抗震能力。 在 的條件下，有 ,相應(yīng)地 。 即是說，可利用構(gòu)件的變形能力來降低地震的作用。 1 2 3E E E?? 1 2 3P P P??1 2 3? ? ? ? ??如上所述，將構(gòu)件破壞時變形與屈服時變形的比值稱為構(gòu)件的延性系數(shù)。延性系數(shù)越大，結(jié)構(gòu)在強震作用下可以忍受大的塑性變形而不破壞倒塌，可以使地震作用更多地降下來。因此高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計和配筋構(gòu)造都要保證它具有足夠的延性。 ?構(gòu)件的延性由以下因素來保證： 足夠的截面尺寸； 適宜的配筋； 充分的構(gòu)造措施。 二、整個結(jié)構(gòu)的抗震性能 ? 結(jié)構(gòu)整體的抗震性能取決于如下因素： 1. 各構(gòu)件的承載能力和變形性能； 2. 構(gòu)件之間連接構(gòu)造的合理性； 3. 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性； 4. 結(jié)構(gòu)的整體性和空間工作能力； 5. 設(shè)有多道抗震設(shè)防系統(tǒng)； 6. 非主要構(gòu)件的抗震能力 。 ?當結(jié)構(gòu)按保證強度 (承載力 )和保證變形(延性 )兩種方法來進行抗震設(shè)計時，各種應(yīng)考慮的因素如下所示 : ?從根本上說，建筑結(jié)構(gòu)的抗震驗算應(yīng)該是在強烈地震下彈塑性變形能力和承載力極限狀的驗算。 強烈地震下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性主要取決于承受變形的能力，而不僅僅是承載力。 結(jié)構(gòu)構(gòu)件所需的變形能力與結(jié)構(gòu)構(gòu)件所具有的最大承載力也是有密切聯(lián)系的，而且是隨結(jié)構(gòu)類型和構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中所處部位的不同而不同的。 砌體結(jié)構(gòu)的變形能力較小，實現(xiàn)大震不倒需要有相對較高的承載力； 而變形能力較好的鋼結(jié)構(gòu)，所需的承載力則可能較低些。 房屋結(jié)構(gòu)的抗震驗算，與非抗震設(shè)計的明顯差異，主要表現(xiàn)在驗算范圍、作用效應(yīng)組合和承載力計算三個方面。 第五節(jié) 結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計 ? 隨著建筑功能的多樣化和城市發(fā)展的需要： (1) 建筑的層數(shù)越來越多高度越來越大 (2) 平面布置和立面布置越來越復(fù)雜 ? 計算機技術(shù)和結(jié)構(gòu)分析軟件的發(fā)展 (1) 普及 (2) 結(jié)構(gòu)計算分析的精確度越來越高 (3) 費用下降 ?若結(jié)構(gòu)嚴重不規(guī)則、整體性差 ,僅按目前的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算水平將難以保證結(jié)構(gòu)的抗震性能 ?設(shè)計中不能陷入只憑計算的誤區(qū)，應(yīng)特別重視規(guī)范規(guī)程中有關(guān)結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的各種規(guī)定。 ?結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計對結(jié)構(gòu)的抗震性能將起決定性作用，因此， 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計首先必須遵循正確的抗震概念設(shè)計的思路，滿足抗震概念設(shè)計的要求，以此為基礎(chǔ)，再輔以必要的抗震計算。 抗震計算 當然是很重要的，不可缺少的。但 概念設(shè)計 是 抗震計算 的前提和基礎(chǔ)。概念設(shè)計 與 抗震計算 相比，起著更為決定性的作用，主要原因如下： ?地震地面運動的不確定性 由于當代科技水平的限制，作為 抗震計算 依據(jù)的 設(shè)防烈度 或相應(yīng)的 設(shè)計基本地震加速度 的劃分，還難以十分確切。 地震時，地震波從震源 (斷層 )傳遞至地面，必須經(jīng)過基巖的折射，土層中的非線性傳播，不同土層的濾波等，是一個極為復(fù)雜的、多變的、非線性的過程，導(dǎo)致地面運動的特征及地面加速度難以準確確定。 例如，美國學者曾分析了 Elcentro臺站上的 15次地震記錄后指出，不同震源引起的地震加速度反應(yīng)譜差別很大。作為世界上對工程地震的研究最富有成果的美國圣費爾南多 (San Fernando) 地區(qū)，在圣費爾南多地震中，竟然有 60％的發(fā)震斷層從未被發(fā)現(xiàn)過。 近幾十年來我國發(fā)生的大地震 ， 大多數(shù)超過了原定的 設(shè)防烈度 ， 原為 6度的地區(qū) ，卻發(fā)生了遠遠超過 6度的地震 ， 造成嚴重的社會影響和重大的經(jīng)濟損失 。 例如， 原來都為 6度的地區(qū) ， 1966年 3月22日的河北邢臺地震，高達 10度； 1969年 7月 26日廣東陽江地震，高達 8度；1975年 2月 4日遼寧海城地震，高達 9度； 1976年 7月 28日河北唐山地震，高達 11度。 因此 ， 設(shè)計者如果僅僅依據(jù) 設(shè)防烈度進行的 抗震計算 結(jié)果完成抗震設(shè)計 ，有時是難以確保安全的 。 ?地震時地面運動的復(fù)雜性及對結(jié)構(gòu)的復(fù)雜影響尚未被掌握 地震時地面運動一般可分解為 6個自由度 , 但世界各國至今只記錄到最簡單的水平分量和豎向分量的地面運動記錄， , , , , ,x y zX Y Z M M M（） 尚未記錄到對結(jié)構(gòu)破壞也有很大影響的扭轉(zhuǎn)分量的地面運動記錄，至于其他多種多樣的復(fù)雜的地面運動分量及其組合作用，至今尚遠未被人們所掌握。 而目前的 抗震計算 ，只是按照最簡單的水平或豎向進行計算，顯然與復(fù)雜地面運動的實際作用有所差別。 ?地震時不同地面運動導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的機理的復(fù)雜性也尚未被掌握 例如 ， 美國 1971年 2月 9日圣費爾南多地震中 ， 地面記錄顯示有兩個加速度峰值的脈沖 ， 第一個脈沖的加速度值為 ，第 二個脈沖的加速度值為 ， 按照 抗震計算 的規(guī)定，必須取第二個脈沖作為最不利的計算值，但對某醫(yī)院的地震記錄及分析表明，造成該建筑物破壞的是第一個脈沖。類似的復(fù)雜例子不勝枚舉。 所以，根據(jù)目前的 抗震計算 所得到的結(jié)果，有時存在較大的誤差。 ?結(jié)構(gòu)抗震計算理論目前尚未能充分反映地震時結(jié)構(gòu)反應(yīng)及破壞的復(fù)雜過程 地震時結(jié)構(gòu)的破壞是一個不斷變化的非線性的、累積性的復(fù)雜過程， 包括結(jié)構(gòu)及構(gòu)件從出現(xiàn)裂縫至嚴重損壞過程各種動力特性 (結(jié)構(gòu)基本周期、剛度、阻尼等 )的非線性變化； 結(jié)構(gòu)薄弱層或塑性鉸的出現(xiàn)、變形集中或轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度和內(nèi)力的重分布； 結(jié)構(gòu)不同方向構(gòu)件的空間作用、藕聯(lián)作用、填充墻及其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響等等。 目前的抗震計算理論及相應(yīng)的抗震計算程序均把這些很復(fù)雜的影響因素簡單化或予以忽略，導(dǎo)致某些結(jié)構(gòu) 抗震計算 的分析結(jié)果與地震時結(jié)構(gòu)的實際反應(yīng)差別較大。 因此，僅僅根據(jù) 抗震計算 結(jié)果而完成的抗震設(shè)計，有時是片面的，甚至是不安全的。只有建立在正確的 概念設(shè)計 基礎(chǔ)上并輔以必要的抗震計算而完成的抗震設(shè)計，才能使結(jié)構(gòu)具有較可靠的抗震性能。 因為 概念設(shè)計 是根據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷真實地震考驗的經(jīng)驗總結(jié)或大型地震模擬試驗的分析結(jié)果而建立的，有些規(guī)律是目前的理論分析或理論計算所難以解釋或難以準確計算的。 結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計的目標是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)敏感的薄弱部位，地震能量的耗散僅集中在極少數(shù)薄弱部位，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞。 現(xiàn)有抗震設(shè)計方法的前提之一是假定整個結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用。 在此前提下，才能以多遇地震作用進行結(jié)構(gòu)計算，構(gòu)件設(shè)計并加以構(gòu)造措施，或采用動力時程分析進行驗算，試圖達到罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)不倒塌的目標。