摘要：地震區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)防與不設(shè)防，震后結(jié)果大不一樣。要使工程建設(shè)真正達到能夠減輕以至避免地震災(zāi)害，把握好抗震設(shè)計關(guān)是減輕地震災(zāi)害的根本措施。文章根據(jù)實踐經(jīng)驗和對有關(guān)資料的總結(jié)，對多層及高層鋼筋混凝土房屋的抗震設(shè)計問題進行了研究和探討。

　　關(guān)鍵詞：多層建筑；高層建筑；混凝土房屋；抗震設(shè)計；抗震設(shè)防

　　地震是人類在繁衍生息、社會發(fā)展過程中遇到的一種可怕的自然災(zāi)害。強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經(jīng)濟發(fā)展、人類生存安全和社會穩(wěn)定、社會功能帶來嚴重的危害。據(jù)統(tǒng)計，歷史上各種自然災(zāi)害曾毀滅了世界各地52個城市，其中因地震而毀滅的城市有27個。地震之外的其它各種災(zāi)害，如水災(zāi)、火災(zāi)、火山噴發(fā)、風(fēng)災(zāi)、沙災(zāi)、旱災(zāi)等毀滅的城市為25座。因此，地震占災(zāi)害總數(shù)的52%�？梢姷卣馂�(zāi)害確系“群害之首”。研究表明，在地震中造成人員傷亡和經(jīng)濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災(zāi)害（約占95%）。無數(shù)次的震害告訴我們，抗震設(shè)防是防御和減輕地震災(zāi)害最有效、最根本的措施。

　　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。上個世紀，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。因此，粗略地說，我國的國土面積占全球的1/14，人口占1/4，地震占1/3，地震災(zāi)害占1/2。因此，建筑物的抗震設(shè)防問題是我國減輕自然災(zāi)害、保障國民經(jīng)濟建設(shè)和社會持續(xù)發(fā)展，特別是保障人民群眾生命安全的一個重要問題。

　　一、震害多發(fā)點

　　地震作用具有較強的隨機性和復(fù)雜性，要求在強烈地震作用下結(jié)構(gòu)仍保持在彈性狀態(tài)，不發(fā)生破壞是很不實際的；既經(jīng)濟又安全的抗震設(shè)計是允許在強烈地震作用下破壞嚴重，但不倒塌。因此，依靠彈塑性變形消耗地震的能量是抗震設(shè)計的特點，提高結(jié)構(gòu)的變形、耗能能力和整體抗震能力，防止高于設(shè)防烈度的“大震”不倒是抗震設(shè)計要達到的目標。

　　（一）結(jié)構(gòu)層間屈服強度有明顯的薄弱樓層

　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在整體設(shè)計上存在較大的不均勻性，使得這些結(jié)構(gòu)存在著層間屈服強度特別薄弱的樓層。在強烈地震作用下，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。如1976年唐山大地震中，13層蒸吸塔框架，由于該結(jié)構(gòu)樓層屈服強度分布不均勻，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。

　�。ǘ�）柱端與節(jié)點的破壞較為突出

　　框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件震害一般是梁輕柱重，柱頂重于柱底，尤其是角杜和邊柱易發(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；重者混凝土壓酥，主筋外露、壓屈和箍筋崩脫。當(dāng)節(jié)點核芯區(qū)無箍筋約束時，節(jié)點與柱端破壞合并加重。當(dāng)柱側(cè)有強度高的砌體填充墻緊密嵌砌時，柱頂剪切破壞嚴重，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。

　�。ㄈ�）砌體填充墻的破壞較為普遍

　　砌體填充墻剛度大而變形能力差，首先承受地震作用而遭受破壞，在8度和8度以上地震作用下，填充墻的裂縫明顯加重，甚至部分倒塌，震害規(guī)律一般是上輕下重，空心砌體墻重于實心砌體墻，砌塊墻重于磚墻。

　　二、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　較合理的框架地震破壞機制，應(yīng)該是節(jié)點基本不破壞，梁比柱屈服可能早發(fā)生、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。即：框架的抗震設(shè)計應(yīng)使梁、柱端的塑性鉸出現(xiàn)盡可能分散，充分發(fā)揮整個結(jié)構(gòu)的抗震能力。

　　（一）抗震計算中的延性保證

　　從用樓層水平地震剪力與層間位移關(guān)系來描述樓層破壞的全過程可反映出，在抗震設(shè)防的第二、三水準時，框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件已進入彈塑性階段，構(gòu)件在保持一定承載力條件下主要以彈塑性變形來耗散地震能量，所以框架結(jié)構(gòu)需有足夠的變形能力才不致抗震失效。試驗研究表明，“強節(jié)點”、“強柱弱梁’、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的框架結(jié)構(gòu)有較大的內(nèi)力重分布和能量消耗能力，極限層間位移大，抗震性能較好。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)上述的強弱要求，且考慮了設(shè)計者的使用方便，采用地震組合內(nèi)力的抗震承載力驗算表達式，只是要對地震組合內(nèi)力的設(shè)計值按有關(guān)公式進行相應(yīng)的調(diào)整。

　　綜合大量實驗研究成果，影響不同受力特征節(jié)點延性性質(zhì)的主要綜合因素有：相對作用剪力、相對配筋率、貫穿節(jié)點的梁柱縱筋的粘結(jié)情況。

　�。ǘ�）構(gòu)造措施上的延性保證

　　四川大地震實踐證明，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)在大地震中要求保持足夠的承載能力來吸收進入塑性階段而產(chǎn)生的巨大能量，因為此時的結(jié)構(gòu)在震中進入到一個塑性階段，容易產(chǎn)生變形。所以，根據(jù)這種特點和抗震的要求，多發(fā)地震的國家鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計均要求按延性框架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，所以建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須保證結(jié)構(gòu)局部薄弱區(qū)的承載力與剛度，保證了建筑構(gòu)造的整體性，延性的增加也就提高了變形能力，這樣可以減少地震的破壞性，提高了建筑的抗震能力。

　　在結(jié)構(gòu)布置上，按擴大了的柱端抗彎承載力進行設(shè)計，理論上可將柱屈服的可能性減少，保證“強柱弱梁”的設(shè)計原則。但因各種原因，如梁的實際抗彎承載力可能增大，高振型使柱中反彎點的轉(zhuǎn)移等綜合因素影響，要使柱中完全避免塑性鉸是困難的，同時為實現(xiàn)“強剪弱彎”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：

　　1．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)動能力，規(guī)范限制軸壓比與縱筋最大配筋率，同時對混凝土受壓區(qū)高度也提出相應(yīng)要求。

　　2．限制約束配筋和配筋形式。加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距是很重要的一點，為保證“強節(jié)點”、“強柱弱梁”、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的設(shè)計原則及塑性鉸區(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)用中箍筋強度和混凝土強度不斷提高，對塑性鉸區(qū)域內(nèi)箍筋布置的要求是抗震構(gòu)造措施的一個重要方面，這一情況將導(dǎo)致高強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)計可靠度，建議以配筋特征值代替原體積配筋率，同時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。

　　3．限制材料。拒絕豆腐渣工程的第一關(guān)就是把握好材料質(zhì)量，材料延性對確保構(gòu)件（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，如保證鋼筋強屈比、延伸率及混凝土強度等級等，同時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。

　　三、結(jié)語

　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，歷年震害資料表明：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的柱端與節(jié)點的破壞較為嚴重，其抗震設(shè)計中必須滿足“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節(jié)點”、“強底層柱底”等延性設(shè)計原則和有關(guān)規(guī)定。在多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計的實踐中，由于設(shè)計人員對規(guī)范的理解和掌握尺度上，以及因地因人在結(jié)構(gòu)選型、布置以及計算方法上相互差異較多而對設(shè)計產(chǎn)生較多的爭議，抗震設(shè)計方法值得深入研究。

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　　作者簡價：徐建平（1971－），男，浙江上虞人，浙江舜杰建筑集團股份有限公司工程師，研究方向：多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計。