设防烈度 抗震措施烈度 实际延性
6 7(6) 低
7 8(7) 中等
8 9(8) 稍高
9 比9度高(9) 高
说明:在抗震措施烈度中,括号外为乙类建筑,括号内的为丙类建筑。
由表1可以看出,如果按规范设计,就可能会出现9度(设防烈度)下的丙类建筑的延性比7度(设防烈度)下的乙类建筑延性还要高的情况出现,而根据上面所述的R-μ-T理论关系的研究可以知道,当R取值不变时,对结构的延性要求也应该是不变的,与处在什么烈度区没有关系,如果R-μ-T理论关系的研究结果是正确的,那么我国规范对甲、乙、丙三类建筑的要求就存在概念性矛盾。
我国取R=3.33,与国外规范相比较,我们对乙类和丙类建筑的是比较合理,而对于甲类建筑则过于偏松,对丁类建筑过于严格了。
目前,国际上逐步形成了一套“多层次,多水准性态控制目标”的抗震理念。这一理念主要含义为:工程师应该选择合适的形态水准和
地震荷载进行
结构设计。建筑物的性态是由结构的性态,非
结构构件和体系的性态以及建筑物内容物性态的组合。目前性态水准一般分为:损伤出现(damage onset)、正常运作(operational)、能继续居住(countinued occupancy)、可修复的(repairable)、生命安全(life safe)、倒塌(collapse)。性态目标指建筑物在一定程度的地震作用下对所期望的性态水准的表述。对建筑抗震设计应采用多重性态目标,比如美国的“面向2000基于性态工程的
框架方案”曾对一般结构、必要结构、对安全起控制作用的结构分别建议了相应的性态目标―基本目标(常遇地震下完全正常运作,少遇地震下正常运作,罕遇地震下保证生命安全,极罕遇地震下接近倒塌,相当与中国的丙类建筑)、必要目标(少于地震下完全正常运作,罕遇地震下正常运作,极罕遇地震下保证生命安全,相当与中国的乙类建筑)、对安全其控制作用的目标(罕遇地震下完全正常运作,极罕遇地震下正常运作,相当与中国的甲类建筑),目前中国正在进行用地震动参数区划分图代替基本烈度区画图的工作。对重要性不同的建筑,如协助进行灾害恢复行动的医院等建筑,应该按较高的性态目标设计。此外,也可以针对业主对建筑提出的不同抗震要求
2.
钢筋混凝土结构的核心抗震措施
我国抗震设计对钢筋
混凝土结构提出的基本上是“高延性要求”,也就是要求结构在较大的屈服后塑性变形状态下仍保持其竖向
荷载和抗水平力的能力,对于有较高延性要求的钢筋混凝土结构必须使用能力设计法进行有关设计。“能力设计法”的要求是在设计地震力取值偏低的情况下,结构具有足够的延性能力,具体做法是通过合理设计使柱端抗弯能力大于梁端从而使结构在地震作用下形成“梁铰机构”,即塑性变形或塑性铰出现在比较容易保证具有较大延性能力的梁端;通过相应提高
构件端部和
节点的抗剪能力以避免构件发生非延性的
剪切破坏。其核心是:
(1)“强柱弱梁”措施:主要是通过人为增大相对于梁的抗弯能力,使塑性铰更多的出现在柱端而不是梁端,让结构在地震引起的动力反应中形成“梁铰机构”或“梁柱铰机构”,通过框架梁的塑性变形来耗散地震能量。
“强柱弱梁”措施是“能力设计法”的最主要的内容。
根据对构件在强震下非线线动力分析可知,强震下,由于构件产生塑性变形,因此可以耗散部分地震能量,同时根据杆系结构塑性力学的分析知道,在保证结构不形成机构的要求下,“梁铰机构”或“梁柱铰机构”相对与“柱铰机构”而言,能够形成更多的塑性铰,从而能耗散更多的地震能量,因此我们需要加强柱的抗弯能力,引导结构在强震下形成更优、更合理的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”。
这一套抗震措施理念已被世界各国所接受,但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。这两种思路都承认应该优先引导梁端出塑性铰,但是双方对柱端塑性铰出现的位置和数量有分歧。
新西兰追求理想的梁铰机构,规范中底层柱的弯距增大系数比其它柱的弯距增大系数要小一些,这么做的目的是希望在强震下,梁端塑性铰形成较为普遍,底层柱塑性铰的出现比梁端塑性铰迟,而其余所有的柱
截面在大震下不出现塑性铰的“梁铰机构”。但是新西兰人也不认为他们的理想梁铰方案是唯一可用的方法,因此他们在规范中规定可以选用两种方法,一种是上述的理想梁铰机构法,另一种就是类似与美国的方法。
美国规范的做法则希望在强震下塑性铰出现较早,柱端塑性铰形成较迟,梁端塑性铰形成得较普遍,柱端塑性铰可能要形成得要少一些的“梁-柱塑性铰机构”(柱端塑性铰可以在任何位置形成,这一点是与新西兰规范的做法是不同的)。中国规范和欧洲EC8规范也是采用与美国类似的方法。
(2)“强剪弱弯”措施:用剪力增大系数增大梁端,柱端,
剪力墙端,剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点中的组合剪力值,并用增大后的剪力设计值进行受剪截面控制条件验算和受剪承载力设计,以避免在结构出现
脆性的剪切破坏。
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