淺談鋼筋混凝土框架結構基于位移的抗震設計方法

韓克良

【摘 要】結構抗震設計方法的發展歷史是人們對地震作用和結構抗震能力認識不斷深化的過程。結構抗震設計方法的發展有助于提高人們對結構抗震原理的認識。隨著建筑技術的不斷發展，鋼筋混凝土框架結構成為了目前建筑的主要結構類型，并且為城市居住帶來了較大的積極影響。但是，近幾年的自然災害頻發，尤其是地震災害的頻率不斷提升，由此帶來的負面影響就是鋼筋混凝土框架結構受到了嚴重的影響。為此，在今后的工作中，應將位移作為基礎，深化研究鋼筋混凝土框架結構基于位移的抗震設計方法，提高安全保障。

【關鍵詞】鋼筋混凝土；結構；框架；位移；抗震

由于地震及其地面運用帶有很大的不確定性，即結構在服役期內以較大的概率會遇到預期的一般強度的地震，而遭遇意外強震的概率則比較小，為此，在研究鋼筋混凝土框架結構基于位移的抗震設計方法時，應將中小型地震作為重點，將大地震作為研究的目標，以此來實現鋼筋混凝土框架結構抗震性能的提升。另一方面，在近幾年的地震當中，多數地區都會表現出強烈的余震，余震對鋼筋混凝土框架結構所造成的破壞，并不亞于首次地震。因此，需強化鋼筋混凝土的持續抗震能力。在此，本文主要對鋼筋混凝土框架結構基于位移的抗震設計方法展開研究。

一、鋼筋混凝土結構基于位移的抗震設計

（一）框架結構側移的近似計算

在地震發生時，由于大量的能量瞬間出現，鋼筋混凝土框架結構將吸收超出自己承受能力的地震能量，由此將會產生位移。在現實當中，要想實現有效的抗震設計，必須在框架結構側移的近似計算上努力，以此來獲得貼近實際情況的各種數據和資料。簡單來講，水平荷載作用下框架結構的側移，可以在計算當中，近似的看作由梁柱彎曲所引起的側移，以及由柱軸向變形引起的側移的疊加，這種位移在地震當中是比較常見的。第一，梁柱彎曲變形引起的側移，能夠導致鋼筋混凝土框架結構出現崩塌情況，從客觀的角度來分析，一般的多層建筑或者是高層建筑，都會沿著高度方向的剛度，表現出逐漸變化的特點。第二，柱軸向變形引起的側移是另一種常見情況。經過大量的研究發現，其側移曲線與懸臂柱的彎曲變形存在大量的相似之處，總體上呈現出彎曲變形的特征。

（二）等效單自由度體系的等效參數

就鋼筋混凝土框架結構位移本身來講，是一種不可避免的情況。多數地震都是突然出現，之前并沒有什么征兆。要想從根本上實現抗震性能的提升，還是應該在一些技術上的指標努力，例如，等效單自由度體系的等效參數，就是一個非常重要的參考指標。從概念上來分析，在等效化過程中，應遵守三個假定條件：第一，多自由度體系應按照假定的側移形狀，產生地震反應。現階段的地震頻率較高，因此地震反應也比較劇烈。第二，多自由度體系與等效單自由度體系的基底剪力相等。第三，水平地震作用在兩種體系上所做的功相等。今后的抗震設計方法，可將上述的三種假設作為重要的指標，并結合每一次地震的實際表現，改進鋼筋混凝土框架結構。

（三）結構非線性地震響應的靜力彈塑性分析

對于地震，現階段的研究廣度和深度都在加強，以往僅僅是在表面上加強抗震，因此效果并不突出。但是，隨著科技的不斷發展和各項研究設備的進步，當大地震來臨時，鋼筋混凝土結構框架的彈塑性變形需求，成為了基于性能抗震設計方法首要解決的問題。從學術上來分析，鋼筋混凝土框架結構非線性地震響應的靜力彈塑性分析，可作為抗震設計的重要指標，亦是今后抗震體系的參考。現階段常用的分析方法有兩種，分別為靜力增量分析和動力過程分析。動力過程分析由于搜集數據困難、計算量大等問題，在實際的抗震設計中并未廣泛應用。相反的，靜力彈塑性分析在實際中容易操作，同時充分考慮到水平力的大小、分布會隨結構的周期、阻尼和振型的改變而改變的特性，在現實設計中獲得了廣泛的應用。

二、鋼筋混凝土框架結構構建截面變形能力設計

（一）設計思想

面對地震的頻繁發生，即便是小型地震，依然會對鋼筋混凝土框架結構造成較大的影響。為此，在基于位移的抗震設計方法中，我們還應該在鋼筋混凝土框架結構構建截面變形能力的設計工作中展開研究。本文認為，我國作為一個地震多發國家，截面變形能力設計必須從客觀實際出發，因此制定了以下的設計思路：在工程設計中，構件截面的曲率是一個和結構的變形能力直接相關的物理量，結構非彈性變形在理想狀態是由塑性鉸區的轉動來完成的。其本質是，給定結構各種性能水平下的目標位移后，轉換為構件截面的曲率需求，繼而由約束箍筋數量和截面轉動能力之間的關系，確定箍筋數量，來保證截面的轉動能力，因此，求取截面的曲率需求是該方法的關鍵。

（二）梁柱的屈服曲率

對于鋼筋混凝土框架結構而言，雖然現階段的各項性能比較優異，但仍然存在不足。為此，應對一些具有深度的指標展開研究，例如梁柱的屈服曲率。到目前為止，鋼筋混凝土梁柱截面的屈服曲率至今沒有得到統一的定論。在本文的研究當中，將截面的屈服曲率設定為：對于梁和小軸壓比的柱，為構件最外層受拉鋼筋屈服所對應的截面曲率；對于大軸壓比的柱，為受壓邊緣混凝土壓碎時對應的截面曲率（本文的壓碎是指混凝土壓應變達到0.004時的狀況）。對于適筋和少筋構件來說，屈服是以受拉側的鋼筋首先屈服為標志的。因此，可根據以上各情況對截面進行分析，求取截面的屈服曲率。由此可見，通過研究梁柱的屈服曲率，可進一步深化抗震設計方法及抗震體系，并且在具體的落實工作中，也可以得到理想的結果。

三、關于抗震設計方法的研究

鋼筋混凝土框架結構本身的穩定性較強，在遇到地震的時候，其結構能夠耐受較強的地震能量，以此來實現較強的抗震效果。在近幾年的研究當中，鋼筋混凝土框架結構得到了較大的優化，除了抗震性能外，該類型的結構還在安全性、坍塌速度、瓦解方式上進行優化，即便是出現了嚴重的破壞，也盡最大限度的保護內部住戶的安全。當地震來臨時，鋼筋混凝土框架結構會出現嚴重的位移現象，針對位移展開的抗震設計方法研究，是非常有必要的。在今后的研究當中，一方面應加強各項參數、指標、系數的理論研究，分析如何才能更好的實現抗震效果；另一方面，應加強具體的技術應用，尤其是在鋼筋混凝土框架結構出現位移時，如何應用聯合技術來實現抗震性能的提升，總而言之，抗震設計方法需從理論和實踐兩方面進行，才能得到理想的結果。

總結：本文就鋼筋混凝土框架結構基于位移的抗震設計方法展開研究，隨著時間的推移，抗震設計方法趨于多元化。值得注意的是，位移僅僅是鋼筋混凝土框架結構抗震設計當中的一個重要環節，還需要對其他的部分展開研究，比方說能量等等，通過全面研究抗震設計方法，聯合應用各種技術體系，才能實現抗震性能的較大提升，為住戶提供更多的保障。

參考文獻：

[1]王文達，夏秀麗，史艷莉.鋼管混凝土框架基于性能的抗震設計探討[J].工程抗震與加固改造，2010，02：96-102.

[2]簡斌，翁健，金云飛.直接基于位移的預應力混凝土框架結構抗震設計方法[J].工程力學，2010，07：205-211+225.

[3]熊二剛，梁興文，張倩.鋼框架結構基于位移的抗震設計方法[J].四川建筑科學研究，2010，03：142-145.

[4]繆志偉，馬千里，葉列平.鋼筋混凝土框架結構基于能量抗震設計方法研究[J].建筑結構學報，2013，12：1-10.

[5]熊二剛，梁興文，張倩.鋼框架結構直接基于位移的抗震設計方法研究[J].地震工程與工程振動，2011，04：106-113.