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對鋼混結構現代抗震思路及我國設計規范抗震設計方法的理解和討論

來源:中國幕墻網收集整理  作者:*  日期:2008-6-6
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  簡介:對鋼混結構現代抗震思路及我國設計規范抗震設計方法的理解和討論
  關鍵字:抗震,規范

  在二十世紀五十年代,當美國的權威人士G.W.Houser導出了第一條地震反應譜和對地震激勵下的彈性反應規律的研究很快被學術界接受后,人們很快發現了一個與當時的抗震設計方法相矛盾的問題,那就是例如



設防烈度     抗震措施烈度    實際延性

6             7(6)            低

7       8(7)     中等

8       9(8)     稍高

9      比9度高(9)   高

  說明:在抗震措施烈度中,括號外為乙類建筑,括號內的為丙類建筑。


  由表1可以看出,如果按規范設計,就可能會出現9度(設防烈度)下的丙類建筑的延性比7度(設防烈度)下的乙類建筑延性還要高的情況出現,而根據上面所述的R-μ-T理論關系的研究可以知道,當R取值不變時,對結構的延性要求也應該是不變的,與處在什么烈度區沒有關系,如果R-μ-T理論關系的研究結果是正確的,那么我國規范對甲、乙、丙三類建筑的要求就存在概念性矛盾。


  我國取R=3.33,與國外規范相比較,我們對乙類和丙類建筑的是比較合理,而對于甲類建筑則過于偏松,對丁類建筑過于嚴格了。


目前,國際上逐步形成了一套“多層次,多水準性態控制目標”的抗震理念。這一理念主要含義為:工程師應該選擇合適的形態水準和地震荷載進行結構設計。建筑物的性態是由結構的性態,非結構構件和體系的性態以及建筑物內容物性態的組合。目前性態水準一般分為:損傷出現(damage onset)、正常運作(operational)、能繼續居住(countinued occupancy)、可修復的(repairable)、生命安全(life safe)、倒塌(collapse)。性態目標指建筑物在一定程度的地震作用下對所期望的性態水準的表述。對建筑抗震設計應采用多重性態目標,比如美國的“面向2000基于性態工程的框架方案”曾對一般結構、必要結構、對安全起控制作用的結構分別建議了相應的性態目標―基本目標(常遇地震下完全正常運作,少遇地震下正常運作,罕遇地震下保證生命安全,極罕遇地震下接近倒塌,相當與中國的丙類建筑)、必要目標(少于地震下完全正常運作,罕遇地震下正常運作,極罕遇地震下保證生命安全,相當與中國的乙類建筑)、對安全其控制作用的目標(罕遇地震下完全正常運作,極罕遇地震下正常運作,相當與中國的甲類建筑),目前中國正在進行用地震動參數區劃分圖代替基本烈度區畫圖的工作。對重要性不同的建筑,如協助進行災害恢復行動的醫院等建筑,應該按較高的性態目標設計。此外,也可以針對業主對建筑提出的不同抗震要求

2. 鋼筋混凝土結構的核心抗震措施

  我國抗震設計對鋼筋混凝土結構提出的基本上是“高延性要求”,也就是要求結構在較大的屈服后塑性變形狀態下仍保持其豎向荷載和抗水平力的能力,對于有較高延性要求的鋼筋混凝土結構必須使用能力設計法進行有關設計。“能力設計法”的要求是在設計地震力取值偏低的情況下,結構具有足夠的延性能力,具體做法是通過合理設計使柱端抗彎能力大于梁端從而使結構在地震作用下形成“梁鉸機構”,即塑性變形或塑性鉸出現在比較容易保證具有較大延性能力的梁端;通過相應提高構件端部和節點的抗剪能力以避免構件發生非延性的剪切破壞。其核心是:


  (1)“強柱弱梁”措施:主要是通過人為增大相對于梁的抗彎能力,使塑性鉸更多的出現在柱端而不是梁端,讓結構在地震引起的動力反應中形成“梁鉸機構”或“梁柱鉸機構”,通過框架梁的塑性變形來耗散地震能量。


  “強柱弱梁”措施是“能力設計法”的最主要的內容。


  根據對構件在強震下非線線動力分析可知,強震下,由于構件產生塑性變形,因此可以耗散部分地震能量,同時根據桿系結構塑性力學的分析知道,在保證結構不形成機構的要求下,“梁鉸機構”或“梁柱鉸機構”相對與“柱鉸機構”而言,能夠形成更多的塑性鉸,從而能耗散更多的地震能量,因此我們需要加強柱的抗彎能力,引導結構在強震下形成更優、更合理的“梁鉸機構”或“梁柱鉸機構”。


  這一套抗震措施理念已被世界各國所接受,但是對于耗能機構卻出現了以新西蘭和美國為代表的兩種不完全相同的思路。這兩種思路都承認應該優先引導梁端出塑性鉸,但是雙方對柱端塑性鉸出現的位置和數量有分歧。


  新西蘭追求理想的梁鉸機構,規范中底層柱的彎距增大系數比其它柱的彎距增大系數要小一些,這么做的目的是希望在強震下,梁端塑性鉸形成較為普遍,底層柱塑性鉸的出現比梁端塑性鉸遲,而其余所有的柱截面在大震下不出現塑性鉸的“梁鉸機構”。但是新西蘭人也不認為他們的理想梁鉸方案是唯一可用的方法,因此他們在規范中規定可以選用兩種方法,一種是上述的理想梁鉸機構法,另一種就是類似與美國的方法。


  美國規范的做法則希望在強震下塑性鉸出現較早,柱端塑性鉸形成較遲,梁端塑性鉸形成得較普遍,柱端塑性鉸可能要形成得要少一些的“梁-柱塑性鉸機構”(柱端塑性鉸可以在任何位置形成,這一點是與新西蘭規范的做法是不同的)。中國規范和歐洲EC8規范也是采用與美國類似的方法。


  (2)“強剪弱彎”措施:用剪力增大系數增大梁端,柱端,剪力墻端,剪力墻洞口連梁端以及梁柱節點中的組合剪力值,并用增大后的剪力設計值進行受剪截面控制條件驗算和受剪承載力設計,以避免在結構出現脆性的剪切破壞。

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