摘 要：在城市建設(shè)中進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮到建筑的抗震設(shè)計(jì)。為了使整個(gè)建筑工程真正達(dá)到能夠減輕甚至避免地震災(zāi)害,做好抗震設(shè)計(jì)是最根本的措施。文章根據(jù)對有關(guān)資料以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),對城市建設(shè)中鋼筋混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究和探討。
關(guān)鍵詞：城市建設(shè) 鋼筋混凝土建筑 抗震設(shè)防 抗震設(shè)計(jì)
地震是人類在社會(huì)發(fā)展過程中遇到的一種可怕的自然災(zāi)害。強(qiáng)烈地震常常以其猝不及防的突發(fā)性和巨大的破壞力給社會(huì)功能帶來嚴(yán)重的危害、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類生存安全和社會(huì)穩(wěn)定。最近全球發(fā)生了很多強(qiáng)震，如海地的7.3級地震、智利的8.8級地震、我國臺(tái)灣高雄的6.7級地震，據(jù)美國國家地震信息中心 (NEIC)監(jiān)測，從2010年2月15日至2010年3月17日（國際時(shí)），30天內(nèi)共監(jiān)測到645個(gè)事件，中國境內(nèi)及邊境地區(qū)的地震共17個(gè)。最近30天，全球6級以上地震有30個(gè)，平均每天一個(gè)。另一方面，我國作為發(fā)展中國家，人口稠密，建筑物抗震能力低。因此，我國的地震災(zāi)害可謂全球之最。上個(gè)世紀(jì)，全球因地震而死亡的人數(shù)為110萬人，其中我國就占55萬人之多，為全球的一半。面對這些數(shù)據(jù)，讓我們不得不在城市建設(shè)中要注重建筑的抗震設(shè)計(jì)。只有這樣才是防御和減輕地震災(zāi)害最有效、最根本的措施。
一、地震中建筑倒塌的原因
地震作用具有較強(qiáng)的復(fù)雜性和隨機(jī)性，要求在強(qiáng)烈地震作用下建筑物結(jié)構(gòu)仍保持在彈性狀態(tài)，而不發(fā)生破壞這是很不實(shí)際的，既安全又經(jīng)濟(jì)的抗震設(shè)計(jì)是允許在強(qiáng)烈地震作用下破壞嚴(yán)重，但建筑物并不會(huì)倒塌。由此可見，抗震設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是依靠彈塑性變形的方式消耗地震能量，而建筑抗震設(shè)計(jì)也是根據(jù)這一原理展開的，達(dá)到的效果就是在遇到震級高于城市設(shè)防烈度的強(qiáng)震時(shí)而不至于倒塌。
1.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)層間屈服強(qiáng)度有明顯的薄弱樓層
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑在整體設(shè)計(jì)上存在較大的不均勻性，使得這些結(jié)構(gòu)存在著層間屈服強(qiáng)度特別薄弱的樓層。在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)的薄弱層率先屈服，彈塑性變形急劇發(fā)展，并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象。在1976年唐山大地震中，有個(gè)13層的蒸吸塔框架，由于該結(jié)構(gòu)樓層屈服強(qiáng)度分布不均勻，造成第6層和第11層的彈塑性變形集中，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)6層以上全部倒塌。
2.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中柱端與節(jié)點(diǎn)較容易破壞
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件一般是柱頂重于柱底， 梁輕柱重，特別是角杜和邊柱很容易發(fā)生破壞。除剪跨比小的短柱易發(fā)生柱中剪切破壞外，一般柱是柱端的彎曲破壞，輕者發(fā)生水平或斜向斷裂;嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生混凝土壓酥，主筋外露、壓屈和箍筋崩脫。當(dāng)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)無箍筋約束時(shí)，節(jié)點(diǎn)與柱端破壞合并加重。當(dāng)柱側(cè)有強(qiáng)度高的砌體填充墻緊密嵌砌時(shí)，柱頂剪切破壞嚴(yán)重，破壞部位還可能轉(zhuǎn)移至窗洞上下處，甚至出現(xiàn)短柱的剪切破壞。
3.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中砌體填充墻的破壞較為普遍
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中砌體填充墻具有鋼度大、變形能力差的特點(diǎn)，在地震時(shí)最先承受地震作用而遭受破壞，在八度及八度以上地震作用下，填充墻的裂縫明顯加重，甚至?xí)l(fā)生倒塌，震害規(guī)律一般是砌塊墻重于磚墻，空心砌體墻重于實(shí)心砌體墻，上輕下重。
二、鋼筋混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在城市建筑中較合理的框架地震破壞機(jī)制，應(yīng)該是節(jié)點(diǎn)基本不破壞，梁比柱屈服可能早發(fā)生或多發(fā)生，同一層中各柱兩端的屈服歷程越長越好，底層柱底的塑性鉸宜最晚形成。簡單地說應(yīng)該是:框架的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)使梁、柱端的塑性鉸出現(xiàn)盡可能分散，充分發(fā)揮整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震能力。
1.影響不同受力特征節(jié)點(diǎn)延性性質(zhì)的主要因素
樓層破壞的全過程可以通過樓層水平地震剪力與層間位移關(guān)系來描述，在抗震設(shè)防過程中，框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段時(shí)，構(gòu)件在保持一定承載力條件下主要以彈塑性變形的方式來消耗和分解地震的能量，所以框架結(jié)構(gòu)需有足夠的變形能力，這樣才能才起到抗震的效果。試驗(yàn)研究表明，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)底層柱底、強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)剪弱彎的框架結(jié)構(gòu)有較大的能量消耗能力，極限層間位移大，抗震性能也比較好。規(guī)范通過構(gòu)件承載力調(diào)整辦法在一定程度上可以體現(xiàn)上述的強(qiáng)弱要求，且考慮了設(shè)計(jì)者的使用方便，采用地震組合內(nèi)力的抗震承載力驗(yàn)算表達(dá)式，只是要對地震組合內(nèi)力的設(shè)計(jì)值按有關(guān)公式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。大量實(shí)驗(yàn)研究表明，影響不同受力特征節(jié)點(diǎn)延性性質(zhì)的主要因素有相對配筋率、相對作用剪力以及貫穿節(jié)點(diǎn)的梁柱縱筋的粘結(jié)情況。
2. 延性框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則
“5.12”汶川大地震實(shí)踐證明，建筑結(jié)構(gòu)在大地震中要求保持足夠的承載力來吸收進(jìn)入塑性階段而因地震產(chǎn)生的巨大能量，因?yàn)榇藭r(shí)的結(jié)構(gòu)在震中已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)塑性階段，很容易發(fā)生變形。所以，根據(jù)這種特點(diǎn)和抗震的要求，城市建設(shè)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑抗震設(shè)計(jì)均要求按延性框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，所以建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須保證結(jié)構(gòu)局部薄弱區(qū)的承載力與鋼度，保證了建筑構(gòu)造的整體性，延性的增加也就提高了建筑的變形能力，這樣可以減少地震的破壞性從而提高了建筑的抗震能力。
在結(jié)構(gòu)布置上，要保證強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)原則，按擴(kuò)大了的柱端抗彎承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)，理論上可將柱屈服的可能性減少。但受到各種因素，如梁的實(shí)際抗彎承載力可能增大，高振型使柱中反彎點(diǎn)的轉(zhuǎn)移等綜合因素影響，要使柱中完全避免塑性鉸是比較困難的，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎的要求，保證塑性鉸區(qū)域的局部延性，也必須通過一定的構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的延性，具體做法如下：
2.1把握好材料質(zhì)量拒絕豆腐渣工程，材料延性對確保結(jié)構(gòu)延性極為重要，為此規(guī)范對材料也提出了相應(yīng)的限制，如保證鋼筋強(qiáng)屈比、延伸率及混凝土強(qiáng)度等級等，同時(shí)對施工過程中可能出現(xiàn)的鋼筋代換也提出了相應(yīng)的限制。
2.2限制軸壓比與縱筋最大配筋率合理的受力過程可明顯提高構(gòu)件延性，為實(shí)現(xiàn)受拉鋼筋的屈服先與受壓區(qū)混凝土壓碎的破壞形態(tài)，以提高塑性鉸區(qū)域的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，規(guī)范限制軸壓比與縱筋最大配筋率，同時(shí)對混凝土受壓區(qū)高度也提出相應(yīng)要求。
2.3 加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距是很重要的一點(diǎn)，為保證強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)底層柱底和強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)原則及塑性鉸區(qū)域的局部延性，有必要加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距，這不但可提高柱端抗剪能力，還可約束核心區(qū)內(nèi)混凝土，對縱向鋼筋提供側(cè)向支承，防止大變形下縱筋壓曲，從而改善塑性鉸區(qū)域的局部延性。規(guī)范對約束區(qū)縱筋的最小直徑、最大間距、塑性鉸區(qū)域的最小長度等做出了詳細(xì)的規(guī)定，并對箍筋肢距及箍筋形式提出了相應(yīng)要求。
隨著工程應(yīng)用中箍筋強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度不斷提高，對塑性鉸區(qū)域內(nèi)箍筋布置的要求是抗震構(gòu)造措施的一個(gè)重要方面，這一情況將導(dǎo)致高強(qiáng)度混凝土中約束箍筋配筋率的減少而降低結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可靠度，建議以配筋特征值代替原體積配筋率，同時(shí)鑒于約束配筋對柱端塑性鉸區(qū)的良好約束作用，建議適當(dāng)增大配筋量�！�
總結(jié)：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國城市建設(shè)中大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，通過對往年的地震災(zāi)害損失數(shù)據(jù)研究表明：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)與柱端的破壞較為嚴(yán)重，所以在這些結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中必須滿足強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)底層柱底等延性設(shè)計(jì)原則。在鋼筋混凝土建筑抗震設(shè)計(jì)的實(shí)踐中，由于地區(qū)的不同和設(shè)計(jì)人員對規(guī)范的理解和掌握尺度的不同，造成建筑的結(jié)構(gòu)布置以及計(jì)算方法上相互差異較多，在設(shè)計(jì)上也會(huì)產(chǎn)生較多的爭議，因此抗震設(shè)計(jì)方法還需要深入研究。
參考文獻(xiàn)：
[1]李鴻晶,宗德玲.關(guān)于工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的幾個(gè)問題的討論[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2003.
[2]宋天齊.關(guān)于8度區(qū)多層磚房最多層數(shù)的商榷[J].工程抗震,1998.
[3]陳天虹,李家康,馬曉董.對“高層混凝土結(jié)構(gòu)與抗震”課程教學(xué)問題的探討[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報(bào),2005.
[4]建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500zl-2001)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.
