钢筋混凝土框架抗震设计论文

钢筋混凝土框架抗震设计论文

地震是人类在社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会功能带来严重的危害、社会经济发展、人类生存安全和社会稳定。最近全球发生了很多强震，如海地的7.3级地震、智利的8.8级地震、我国台湾高雄的6.7级地震，据美国国家地震信息中心 (NEIC)监测，从2010年2月15日至2010年3月17日（国际时），30天内共监测到645个事件，中国境内及边境地区的地震共17个。最近30天，全球6级以上地震有30个，平均每天一个。另一方面，我国作为发展中国家，人口稠密，建筑物抗震能力低。因此，我国的地震灾害可谓全球之最。上个世纪，全球因地震而死亡的人数为110万人，其中我国就占55万人之多，为全球的一半。面对这些数据，让我们不得不在城市建设中要注重建筑的抗震设计。只有这样才是防御和减轻地震灾害最有效、最根本的措施。
　　一、地震中建筑倒塌的原因　
　　地震作用具有较强的复杂性和随机性，要求在强烈地震作用下建筑物结构仍保持在弹性状态，而不发生破坏这是很不实际的，既安全又经济的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重，但建筑物并不会倒塌。由此可见，抗震设计的特点是依靠弹塑性变形的方式消耗地震能量，而建筑抗震设计也是根据这一原理展开的，达到的效果就是在遇到震级高于城市设防烈度的强震时而不至于倒塌。
　　1.钢筋混凝土框架结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层
　　钢筋混凝土框架结构建筑在整体设计上存在较大的不均匀性，使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。在强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧发展，并形成弹塑性变形集中的现象。在1976年唐山大地震中，有个13层的蒸吸塔框架，由于该结构楼层屈服强度分布不均匀，造成第6层和第11层的弹塑性变形集中，导致该结构6层以上全部倒塌。
　　2.钢筋混凝土框架结构中柱端与节点较容易破坏
　　钢筋混凝土框架结构的构件一般是柱顶重于柱底， 梁轻柱重，特别是角杜和边柱很容易发生破坏。除剪跨比小的短柱易发生柱中剪切破坏外，一般柱是柱端的弯曲破坏，轻者发生水平或斜向断裂;严重的会发生混凝土压酥，主筋外露、压屈和箍筋崩脱。当节点核芯区无箍筋约束时，节点与柱端破坏合并加重。当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。
　　3.钢筋混凝土框架结构中砌体填充墙的破坏较为普遍
　　钢筋混凝土框架结构中砌体填充墙具有钢度大、变形能力差的特点，在地震时最先承受地震作用而遭受破坏，在八度及八度以上地震作用下，填充墙的裂缝明显加重，甚至会发生倒塌，震害规律一般是砌块墙重于砖墙，空心砌体墙重于实心砌体墙，上轻下重。
　　二、钢筋混凝土建筑的抗震结构设计 　
　　在城市建筑中较合理的框架地震破坏机制，应该是节点基本不破坏，梁比柱屈服可能早发生或多发生，同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，底层柱底的塑性铰宜最晚形成。简单地说应该是:框架的抗震设计应使梁、柱端的塑性铰出现尽可能分散，充分发挥整个结构的抗震能力。
　　1.影响不同受力特征节点延性性质的主要因素
　　楼层破坏的全过程可以通过楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述，在抗震设防过程中，框架结构构件进入弹塑性阶段时，构件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形的方式来消耗和分解地震的能量，所以框架结构需有足够的变形能力，这样才能才起到抗震的效果。试验研究表明，强节点、强底层柱底、强柱弱梁和强剪弱弯的框架结构有较大的能量消耗能力，极限层间位移大，抗震性能也比较好。规范通过构件承载力调整办法在一定程度上可以体现上述的强弱要求，且考虑了设计者的使用方便，采用地震组合内力的抗震承载力验算表达式，只是要对地震组合内力的设计值按有关公式进行相应的调整。大量实验研究表明，影响不同受力特征节点延性性质的主要因素有相对配筋率、相对作用剪力以及贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况。
　　2. 延性框架结构的设计原则
　　“5.12”汶川大地震实践证明，建筑结构在大地震中要求保持足够的承载力来吸收进入塑性阶段而因地震产生的巨大能量，因为此时的结构在震中已经进入到了一个塑性阶段，很容易发生变形。所以，根据这种特点和抗震的要求，城市建设的钢筋混凝土结构建筑抗震设计均要求按延性框架结构进行设计，所以建筑结构的设计必须保证结构局部薄弱区的承载力与钢度，保证了建筑构造的整体性，延性的增加也就提高了建筑的变形能力，这样可以减少地震的破坏性从而提高了建筑的抗震能力。
　　在结构布置上，要保证强柱弱梁的设计原则，按扩大了的柱端抗弯承载力进行设计，理论上可将柱屈服的可能性减少。但受到各种因素，如梁的实际抗弯承载力可能增大，高振型使柱中反弯点的转移等综合因素影响，要使柱中完全避免塑性铰是比较困难的，同时为了实现强剪弱弯的要求，保证塑性铰区域的局部延性，也必须通过一定的构造措施来保证结构的延性，具体做法如下：
　　2.1把握好材料质量拒绝豆腐渣工程，材料延性对确保结构延性极为重要，为此规范对材料也提出了相应的限制，如保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等级等，同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出了相应的限制。
　　2.2限制轴压比与纵筋最大配筋率合理的受力过程可明显提高构件延性，为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态，以提高塑性铰区域的转动能力，规范限制轴压比与纵筋最大配筋率，同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。
　　2.3 加密塑性铰区内的箍筋间距是很重要的一点，为保证强节点、强柱弱梁、强底层柱底和强剪弱弯的设计原则及塑性铰区域的局部延性，有必要加密塑性铰区内的箍筋间距，这不但可提高柱端抗剪能力，还可约束核心区内混凝土，对纵向钢筋提供侧向支承，防止大变形下纵筋压曲，从而改善塑性铰区域的局部延性。规范对约束区纵筋的最小直径、最大间距、塑性铰区域的最小长度等做出了详细的规定，并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。
　　总结：钢筋混凝土框架结构是我国城市建设中大量存在的建筑结构形式之一，通过对往年的地震灾害损失数据研究表明：钢筋混凝土框架结构的节点与柱端的破坏较为严重，所以在这些结构的抗震设计中必须满足强剪弱弯、强柱弱梁、强节点、强底层柱底等延性设计原则。
在钢筋混凝土建筑抗震设计的实践中，由于地区的不同和设计人员对规范的理解和掌握尺度的不同，造成建筑的结构布置以及计算方法上相互差异较多，在设计上也会产生较多的争议，因此抗震设计方法还需要深入研究。 　　
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谈谈高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计

谈谈高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计

人们通常使用钢筋混凝土建造高层建筑物，增强钢筋混凝土的延性就能够增加高层建筑物的抗震能力，增加建筑物抗倒塌能力。

摘要: 钢筋混凝土结构是高层建筑结构中最普通、应用最广的结构。高层钢筋混凝土建筑结构抗震的本质就是结构的延性，提高了结构的延性就能够增强高层钢筋混凝土建筑的抗震能力。高层钢筋混凝土建筑结构的塑性铰能够消耗地震的能量，降低地震对建筑物的影响，因此，需将高层钢筋混凝土建筑结构设计成延性结构。主要阐述了高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性的作用及设计。

关键词:高层建筑;钢筋混凝土;抗震;延性

0引言

钢筋混凝土具有足够的强度、良好的延性、较强的整体性，虽然钢筋混凝土建筑结构有良好的抗震性，但如果没有科学合理设计结构，仍会对高层钢筋混凝土建筑结构造成危害。

1高层钢筋混凝土建筑结构抗震设计中延性的作用

延性是指建筑承载能力不降低的情况下，建筑结构在屈服后有足够塑性变形能力的性能。延性的作用主要表现在以下方面:

①防止脆性破坏。脆性破坏是突发性的、是没有任何预兆的，高层建筑在使用时，高层钢筋混凝土结构就会发生脆性破坏，因此，需要保证高层钢筋混凝土建筑结构有足够的变形能力，需要确保有较高的可靠指标，以防止发生脆性破坏，防止损害人们的生命财产安全。

②承受偶然因素的作用。在使用高层建筑时，高层钢筋混凝土建筑结构可能会遇到偶然的超载、基础的不均匀沉降、温度变化等在设计过程中没有考虑过的偶然因素的作用，使得结构会发生体积变化或变形，建筑结构的延性设计能够作为发生意外情况时内力和变形的安全储备。

③重新分配塑性内力。延性结构具有转动的能力，在建筑结构发生变形时，延性设计能够促使塑性铰的形成，重新分配结构的内力。

④抗震。发生地震时，建筑结构的延性设计不仅能够通过塑性铰区域吸收和耗散地震的能量，还能够降低建筑结构的刚度，这就会减少地震对高层钢筋混凝土建筑结构的影响。

2高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计

2.1强柱弱梁

塑性铰的分布情况影响到高层钢筋混凝土建筑结构的延性，如果框架梁首先形成梁铰结构，那么塑性铰的分布会比较均匀，抗震延性也容易实现，如果框架柱首先出现柱铰结构，那么抗震延性很难实现，这就要求设计强柱弱梁。强柱弱梁是柱端的抗弯能力大于梁端抗弯能力。强柱梁弱就是为了保证框架柱有足够的`抗弯能力，为了减少框架柱的弯曲程度。当发生地震时，高层钢筋混凝土建筑结构的框架梁上首先出现塑性铰，这时地震产生的能量会通过梁上塑性铰来消散，从而减少地震对高层钢筋混凝土建筑的损害。与柱铰相比，梁铰或梁柱铰能够形成更多的塑性铰，因此，需要增强柱的抗弯能力，以便形成更多的、更好的梁铰或梁柱铰，从而消耗更多的地震能量。当高层钢筋混凝土建筑结构经受较大的侧向位移时，必须将非弹性变形限制在框架梁内，这样就能够保证框架柱有足够的抗弯能力，从而维护建筑结构的稳定性。

2.2强剪弱弯

如果建筑结构的构件和框架节点发生脆性破坏会影响到建筑结构的延性。在发生地震时，高层钢筋混凝土建筑结构会按照结构构件实际的承受能力重新分配结构的内力，因此，为了防止建筑结构构件和框架节点出现脆性破坏，就需要遵循强剪弱弯的原则，即建筑结构构件的受剪承载力大于构件屈服时的剪力。强剪弱弯主要体现在设计剪力计算、抗剪承载力计算公式的选取、必要的构造措施等方面。与抗弯承载力计算相比，设计剪力计算更严格，其是根据地震的等级来调整地震效应系数的，同时建筑结构框架梁柱设计剪力需与梁柱极限抗弯强度相对应，以减少梁柱发生剪切破坏。抗震的等级不同，抗剪承载力计算公式不同。根据地震的反复性以及剪切的离散性，在辅以抗震结构措施的情况下选择纵筋屈服后的偏下限抗弯承载力计算公式。加强构造措施能够有效的保证建筑结构的延性。

2.3强节点强

锚固高层钢筋混凝土建筑结构的框架节点直接关系到建筑架构的延性，这就不宜过早的破坏框架的节点和纵筋锚固，以便梁铰能够发挥作用。在剪力与压力共同的作用下，处于高层钢筋混凝土建筑结构核心区域的框架节点出现裂缝，甚至是拉断箍筋，同时也会拉断建筑结构的柱的纵筋。因此，为了防止过早的破坏框架节点，需要规范设计核心区域的钢筋混凝土的强度，需要设置足够的箍筋;为了保证纵筋锚固的强度，可以利用机械锚固增加抗震附加锚固的长度。在设计框架节点时需遵循的原则是强节点弱杆件，这样可以保证梁柱弯曲后框架的节点仍然有制约的作用。

3结语

人们通常使用钢筋混凝土建造高层建筑物，增强钢筋混凝土的延性就能够增加高层建筑物的抗震能力，增加建筑物抗倒塌能力。设计强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固，就能够提高建筑的延性，提高建筑物的抗震性。

参考文献:

[1]姬淑艳，祝飞水，卜长明.高层建筑钢筋混凝土结构延性分析

[2]杨宗慧.高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计[J].中国新技术新产品，2011(4):303.

[3]王红伟.钢筋混凝土框架结构抗震延性设计[J].建材世界，2013(2):126-129.

浅析钢筋混凝土房屋结构抗震设计？

随着我国建筑业的高速发展，抗震设计不仅是要防止建筑物破坏倒塌，还需要根据建筑物的用途和重要性有效地控制其破坏状态。抗震设计是房屋建筑结构设计中最重要的组成部分，抗震设计工作水平和质量将直接影响着整个工程的施工质量，关系着后期工程的抗震性能，甚至会对人们生命安全造成影响。现代抗震技术是通过不同阶段采取震动方法的控制措施，采用各种不同的积极抗震方法，使建筑对地面运动和结构本身不确定性的适应能力更强，可以提高建筑在地震作用下的安全性。
　　1.房屋建筑的抗震设计理念
　　中国《建筑抗震规范》（GB50011-2001）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求“，三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于该地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于该地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于该地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。
　　2.钢筋混凝土房屋结构抗震设计要点
　　2.1选择建筑抗震场地
　　不同工程地质条件下的建筑物在地震时会受到明显不同的破坏程度。所以，选择好的建筑场地是提高建筑物抗震性能的重要基础，在场地选择的过程中，要降低地震灾害，尽可能地避开工程地质不良的抗震场地（比如河岸、边坡边缘、高耸孤立的山丘、非岩质陡坡、湿陷性黄土区域、液化土区域），选择有利的建筑场地。如果实在无法当避开不利区域，应该在场地采取抗震加强措施，应根据抗震设防类别、湿陷性黄土等级、地基液化，来采取措施提高地基的刚度和整体稳定性。比如，如果建筑地基的受力层范围处在严重不均匀土层、软弱粘性土层、新近填土时，要合理估计计算地基在地震时形成的不均匀沉降，从而采取加强上部结构和基础的处理措施或者加固地基、桩基的措施来加强地基的承载力。
　　2.2结构布置
　　（1）平面布置。平面布置应遵循简单、规则、均匀对称的原则，并且应该具有良好的整体性，尽量使质量中心与结构刚度中心重合，以减少或避免扭转产生的影响。（2）竖向布置。竖向布置主要的作用是控制转换层上、下刚度的突变，为了保证底部空间的刚度、强度以及延性，应该尽量强化转换层上下部的结构刚度，弱化转换层上部结构刚度，使转换层上下部的变形特征和结构侧向刚度尽量接近。（3）转换构件选择及布置。转换层是建筑物中不同结构形式连接的关键点，它既是上部结构的空中基础，又是下部结构的封顶。一般情况下，转换层上部的竖向抗侧力构件宜直接落在转换层的主结构。转换构件上部载荷不直接传给下部对应构件，而是通过转换结构的内力重新分配，是因为结构竖向传力构件的不连续。因此，在布置转换层时，应注意尽可能水平转换机构直接落在转换层的主结构上。平面布置时剪力墙界面中心线应与框支梁截面中心线对齐，以防止框支梁上部剪力墙对框支梁产生不利的扭转影响。
　　2.3抗震计算
　　预制空心楼板是大部分房屋均会采用的主体结构，倘若并未遵循相关规范及要求进行设计，那么在地震时，将会破坏整个预制板结构，造成墙体外闪或破坏，从而导致楼体大面积坍塌。此外，因为建筑结构的差异，在设计环节，应充分考虑多种不同的情况，一般均以房屋的两个主轴方向对水平地震作用进行计算，而水平抗震作用通常是由各个方面的抗侧力构件共同承担的，倘若建筑物采用的是相交结构或不对称、不清晰的不规则结构，那么则应分开计算其抗震作用。
　　3.钢筋混凝土房屋结构抗震优化设计
　　3.1加强抗震设计的质量
　　地震发生时，对建筑物产生的破坏作用是非常大的，因此加强对工民建筑结构中的抗震设计是十分重要的。我国的建筑行业虽然发展的较为迅速，但是相应的关键性技术水平还相对较低，尤其是建筑结构的整体设计水平，由此导致了没有科学合理的建设方案以及结构设计方案，从而导致了建筑工程的成本费用、重量等方面显著的提高，同时还降低了建筑物的抗震性能。因此，为了提高工民建筑结构设计的合理性，首先要严格遵循科学合理的抗震理论知识以及设计原则。然后结合建筑物本身的特点以及性能，充分考虑建筑物的建筑环境以及结构形式，促进建筑结构自身的安全性和可靠性。例如，在进行结构设计时，要将结构构件的承载力、耗能力以及刚度和延伸性进行充分的考虑，使建筑物的结构设计拥有较强的承载能力、刚度，同时还要具备较强的延性性能。
　　3.2提高结构延性
　　要按照抗震等级来对梁、柱、墙的节点采取抗震构造措施，保证在地震作用下建筑物结构可以达到三个水准的设防标准。按照“强节点弱构件”、“强剪弱弯”、“强柱弱梁”的原则，来合理选择柱截面的尺寸，注意构造配筋要求，控制柱的轴压比，确保结构在地震作用下具有足够的延性和承载力。（1）强柱弱梁。防止建筑在强烈地震下倒塌，“强柱弱梁 ”是一个良好的手段。框架结构的延性和梁上的塑性铰有关，强柱弱梁型最先在梁上形成塑性铰来消耗地震作用，保护框架柱。（2）强剪弱弯。“强剪弱弯”是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念，“弯曲破坏”是延性破坏，是有预兆的，如开裂或下挠等，而“剪切破坏”是一种脆性的破坏，没有征兆性，一旦某个部位发生剪切破坏就永久性失去抗震能力，有可能导致整体倒塌。所以“ 强剪弱弯 ”就是要保证结构构件和节点不发生脆性破坏，不会危及到建筑的整体结构安全。
　　3.3合理布局，积极应用新技术
　　对地震外力能量的吸收传递途径进行恰当合理的布局，保证支墙、梁、柱的轴线处于同一平面，形成一个构件双向抗侧力结构体系。在地震作用下构件呈现出弯剪性破坏，有效地使建筑结构的整体抗震能力得到提高。此外，还要根据地震地区本身建筑物的特点来积极引用抗震减灾新材料、新工艺、新技术，并且借鉴发达国家的技术和经验，将其推广应用到建筑抗震设计中。
　　结束语：
　　我们要在严格按照建筑抗震规范要求的基础上，科学地合理地进行建筑抗震设计，保证建筑物的稳定性和可靠性，促进我国建筑结构抗震设计向着高水平方向发展。同时，我国也应积极借鉴国内外的宝贵经验和研究成果，结合当前实际，在完善自身不足的同时，不断推动我国抗震设计出品位上水平。
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史庆轩的学术论文

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