淺談鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法

韓克良

【摘 要】結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展歷史是人們對地震作用和結(jié)構(gòu)抗震能力認(rèn)識不斷深化的過程。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展有助于提高人們對結(jié)構(gòu)抗震原理的認(rèn)識。隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)成為了目前建筑的主要結(jié)構(gòu)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(zāi)害頻發(fā)，尤其是地震災(zāi)害的頻率不斷提升，由此帶來的負(fù)面影響就是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)受到了嚴(yán)重的影響。為此，在今后的工作中，應(yīng)將位移作為基礎(chǔ)，深化研究鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法，提高安全保障。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)；框架；位移；抗震

由于地震及其地面運(yùn)用帶有很大的不確定性，即結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)以較大的概率會遇到預(yù)期的一般強(qiáng)度的地震，而遭遇意外強(qiáng)震的概率則比較小，為此，在研究鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法時(shí)，應(yīng)將中小型地震作為重點(diǎn)，將大地震作為研究的目標(biāo)，以此來實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的提升。另一方面，在近幾年的地震當(dāng)中，多數(shù)地區(qū)都會表現(xiàn)出強(qiáng)烈的余震，余震對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所造成的破壞，并不亞于首次地震。因此，需強(qiáng)化鋼筋混凝土的持續(xù)抗震能力。在此，本文主要對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法展開研究。

一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)

（一）框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的近似計(jì)算

在地震發(fā)生時(shí)，由于大量的能量瞬間出現(xiàn)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)將吸收超出自己承受能力的地震能量，由此將會產(chǎn)生位移。在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，要想實(shí)現(xiàn)有效的抗震設(shè)計(jì)，必須在框架結(jié)構(gòu)側(cè)移的近似計(jì)算上努力，以此來獲得貼近實(shí)際情況的各種數(shù)據(jù)和資料。簡單來講，水平荷載作用下框架結(jié)構(gòu)的側(cè)移，可以在計(jì)算當(dāng)中，近似的看作由梁柱彎曲所引起的側(cè)移，以及由柱軸向變形引起的側(cè)移的疊加，這種位移在地震當(dāng)中是比較常見的。第一，梁柱彎曲變形引起的側(cè)移，能夠?qū)е落摻罨炷量蚣芙Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)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(xiàn)出逐漸變化的特點(diǎn)。第二，柱軸向變形引起的側(cè)移是另一種常見情況。經(jīng)過大量的研究發(fā)現(xiàn)，其側(cè)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(xiàn)出彎曲變形的特征。

（二）等效單自由度體系的等效參數(shù)

就鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)位移本身來講，是一種不可避免的情況。多數(shù)地震都是突然出現(xiàn)，之前并沒有什么征兆。要想從根本上實(shí)現(xiàn)抗震性能的提升，還是應(yīng)該在一些技術(shù)上的指標(biāo)努力，例如，等效單自由度體系的等效參數(shù)，就是一個(gè)非常重要的參考指標(biāo)。從概念上來分析，在等效化過程中，應(yīng)遵守三個(gè)假定條件：第一，多自由度體系應(yīng)按照假定的側(cè)移形狀，產(chǎn)生地震反應(yīng)。現(xiàn)階段的地震頻率較高，因此地震反應(yīng)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(shè)計(jì)方法，可將上述的三種假設(shè)作為重要的指標(biāo)，并結(jié)合每一次地震的實(shí)際表現(xiàn)，改進(jìn)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

（三）結(jié)構(gòu)非線性地震響應(yīng)的靜力彈塑性分析

對于地震，現(xiàn)階段的研究廣度和深度都在加強(qiáng)，以往僅僅是在表面上加強(qiáng)抗震，因此效果并不突出。但是，隨著科技的不斷發(fā)展和各項(xiàng)研究設(shè)備的進(jìn)步，當(dāng)大地震來臨時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架的彈塑性變形需求，成為了基于性能抗震設(shè)計(jì)方法首要解決的問題。從學(xué)術(shù)上來分析，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)非線性地震響應(yīng)的靜力彈塑性分析，可作為抗震設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，亦是今后抗震體系的參考。現(xiàn)階段常用的分析方法有兩種，分別為靜力增量分析和動(dòng)力過程分析。動(dòng)力過程分析由于搜集數(shù)據(jù)困難、計(jì)算量大等問題，在實(shí)際的抗震設(shè)計(jì)中并未廣泛應(yīng)用。相反的，靜力彈塑性分析在實(shí)際中容易操作，同時(shí)充分考慮到水平力的大小、分布會隨結(jié)構(gòu)的周期、阻尼和振型的改變而改變的特性，在現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)中獲得了廣泛的應(yīng)用。

二、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)建截面變形能力設(shè)計(jì)

（一）設(shè)計(jì)思想

面對地震的頻繁發(fā)生，即便是小型地震，依然會對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)造成較大的影響。為此，在基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法中，我們還應(yīng)該在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)構(gòu)建截面變形能力的設(shè)計(jì)工作中展開研究。本文認(rèn)為，我國作為一個(gè)地震多發(fā)國家，截面變形能力設(shè)計(jì)必須從客觀實(shí)際出發(fā)，因此制定了以下的設(shè)計(jì)思路：在工程設(shè)計(jì)中，構(gòu)件截面的曲率是一個(gè)和結(jié)構(gòu)的變形能力直接相關(guān)的物理量，結(jié)構(gòu)非彈性變形在理想狀態(tài)是由塑性鉸區(qū)的轉(zhuǎn)動(dòng)來完成的。其本質(zhì)是，給定結(jié)構(gòu)各種性能水平下的目標(biāo)位移后，轉(zhuǎn)換為構(gòu)件截面的曲率需求，繼而由約束箍筋數(shù)量和截面轉(zhuǎn)動(dòng)能力之間的關(guān)系，確定箍筋數(shù)量，來保證截面的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，因此，求取截面的曲率需求是該方法的關(guān)鍵。

（二）梁柱的屈服曲率

對于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)而言，雖然現(xiàn)階段的各項(xiàng)性能比較優(yōu)異，但仍然存在不足。為此，應(yīng)對一些具有深度的指標(biāo)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(tǒng)一的定論。在本文的研究當(dāng)中，將截面的屈服曲率設(shè)定為：對于梁和小軸壓比的柱，為構(gòu)件最外層受拉鋼筋屈服所對應(yīng)的截面曲率；對于大軸壓比的柱，為受壓邊緣混凝土壓碎時(shí)對應(yīng)的截面曲率（本文的壓碎是指混凝土壓應(yīng)變達(dá)到0.004時(shí)的狀況）。對于適筋和少筋構(gòu)件來說，屈服是以受拉側(cè)的鋼筋首先屈服為標(biāo)志的。因此，可根據(jù)以上各情況對截面進(jìn)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(jìn)一步深化抗震設(shè)計(jì)方法及抗震體系，并且在具體的落實(shí)工作中，也可以得到理想的結(jié)果。

三、關(guān)于抗震設(shè)計(jì)方法的研究

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性較強(qiáng)，在遇到地震的時(shí)候，其結(jié)構(gòu)能夠耐受較強(qiáng)的地震能量，以此來實(shí)現(xiàn)較強(qiáng)的抗震效果。在近幾年的研究當(dāng)中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)得到了較大的優(yōu)化，除了抗震性能外，該類型的結(jié)構(gòu)還在安全性、坍塌速度、瓦解方式上進(jìn)行優(yōu)化，即便是出現(xiàn)了嚴(yán)重的破壞，也盡最大限度的保護(hù)內(nèi)部住戶的安全。當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)嚴(yán)重的位移現(xiàn)象，針對位移展開的抗震設(shè)計(jì)方法研究，是非常有必要的。在今后的研究當(dāng)中，一方面應(yīng)加強(qiáng)各項(xiàng)參數(shù)、指標(biāo)、系數(shù)的理論研究，分析如何才能更好的實(shí)現(xiàn)抗震效果；另一方面，應(yīng)加強(qiáng)具體的技術(shù)應(yīng)用，尤其是在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移時(shí)，如何應(yīng)用聯(lián)合技術(shù)來實(shí)現(xiàn)抗震性能的提升，總而言之，抗震設(shè)計(jì)方法需從理論和實(shí)踐兩方面進(jìn)行，才能得到理想的結(jié)果。

總結(jié)：本文就鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法展開研究，隨著時(shí)間的推移，抗震設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，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(shè)計(jì)方法，聯(lián)合應(yīng)用各種技術(shù)體系，才能實(shí)現(xiàn)抗震性能的較大提升，為住戶提供更多的保障。

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