浅谈工程结构抗震设防

浅谈工程结构抗震设防

边羽

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摘要：我国经历了相对严峻的唐山地震和汶川地震，地震灾害造成的破坏非常严重。为了解决和减少地震造成的破坏，有必要对各种建筑设施进行抗震设计和施工，从而间接减少地震危害。

关键词：工程结构；筑工程；抗震设防

引言：地震灾害造成的破坏是巨大的。随着社会经济的不断发展和“以人为本”理念的不断深入，处理人民群众至关重要的住房保障问题尤为重要。那时，地震监测通知没有达到相应的要求，特别是在短期事件没有打破之前，建设项目的抗震设防和地震安全评估是防震预防中最直接，最经济的工程防御，作为防震减灾三大运行体系的重要组成部分，积极预防和减轻地震灾害的发生，具有十分重要的意义。可以看出，抗震设防可以提高全社会抵御地震灾害的能力，减少地震灾害形成的损失。只要建筑工程设防工作做得好，防震减灾作业就能真正掌握主动权，以期将损失降至最低。

1.我国抗震设防标准

我国抗震设防标准没有做出明确规定，只是指出在震级8级以下不用设防，9级及以上的话可以采取降低建筑高度和改善建筑平面来减少地震带来的伤害。80年代以后提出了富有时代特色的“小震不坏；中震可修；大震不倒”的设防目标，但是设防标准仍旧存在很多的缺点和问题，主要包括：

设防标准设置过于死板，仅仅通过地震危险性进行等级划分，并没有实际考察设防标准对震区建筑物震害、人员伤亡以及经济损失等方面的具体影响，不能够保证未来发生地震建筑结构的安全性。

对于发生的大震还是小震，全国上下都借助统一标准进行区分，没有考虑不同城市经济、社会、建筑水平、人口密集程度等方面的所存在的差异性，容易导致抗震救灾物质的浪费，而对于一些人口密集的震区还有可能存在安全隐患。

当前的设防标准考虑的问题都过于片面，只是考虑建筑结构在地震时不要出现损坏或者是倒塌，并且确保人身安全，但是没有考虑要保证整座城市能够在震后继续稳定的运行。

工程结构抗震设防标准。工程设防的传统思想其实就是利用最低的造价建设满足实用和安全性能的工程，通过不断的探索，人们转变了对工程建筑安全的定义，引入了针对建筑结构安全性的概念。将建筑结构强度R0外部荷载力的变化产生的效应进行比值计算得出R值，如果结构的比值大于1则表明结构安全局，如果小于1则表示结构存在安全隐患。

2工程结构抗震设防

地震分为小震、中震和大震。小震是指多遇地震，50年内出现的概率大约为63%；中震是指50年出现的概率为10%，也就是设防的基本烈度；大震是指罕遇地震，50年出现的概率为2%―3%。对于偶然性和随机性很大的地震作用，要想使结构强度一定大于结构的地震反应，几乎是不可能的，而且也非常不经济，受国家经济能力等因素的制约和影响，只能从概率角度出发，使结构在一定的概率保证下能安全，正常地发挥作用，这就决定了我国抗震设计的指导思想和基本目标，即“三水准、二阶段”，通过“二阶段”的设计方法来实现“三水准”的抗震设防要求。也就是所谓的“大震不倒，中震可修，小震不坏”。

要实现抗震的基本目标就必须有可靠的设计。我国抗震设计对钢筋混凝土结构提出的基本上就是“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承受竖向荷载和抗水平力的能力。所谓“延性”是指当地震迫使结构发生较大的非线性变形时，结构仍能维持其初始强度的能力，是结构超过弹性阶段的变形能力，它是结构抗震能力强弱的标志，是抗震设计中一个非常重要的特征。也是用来划分建筑物抗震等级甲、乙、丙、丁四类的其中一个依据。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性，就需要通“能力设计法”使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性或者具有一定延性能力的构件上。

“能力设计法”在选择塑性变形机构上有两种不同的方案。

梁铰机构：其具体措施是人为地较大幅度增加柱端抗弯能力，使除底层柱以外的各柱端在较强的地震作用下，原则上不进入屈服后状态，即不出现塑性铰。这种机构主要靠梁端出铰来耗散地震能量，在实际配筋中，纵筋用量相对较多，箍筋用量相对较少。

梁柱铰机构：也就是“强柱弱梁”；为了实现能力设计法中的强柱弱梁，通常的做法是对柱截面的组合弯矩乘以增大系数；也可以对梁端实际配筋反算出梁端可抵抗弯矩，即实配弯矩乘以增大系数来实现，用增大后的弯矩进行柱端控制截面的承载力设计，使梁端出现塑性铰比柱端出现要早、要多，转动较大；柱端出铰则相对较迟、较少，转动较小。实际配筋当中，纵筋用量相对较少，箍筋用量相对较多。

“强剪弱弯”是能力设计法的第二步措施。是要求人为增大构件的抗剪能力，使其不至于在强烈地震作用下，在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏。通常的做法是用剪力增大系数来增大梁端、柱端，剪力墙端，剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点处的组合剪力值，并用增大的剪力设计值进行受剪控制截面的控制条件，进行验算和设计。以避免结构出现脆性的剪切破坏。具体措施有两种：一种是直接对一跨梁两端截面的顺时针或反时针方向的组合弯矩值乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。另一种是沿顺时针或反时针方向求得一跨梁两端截面按实际配筋能够抵抗的弯矩，对其乘以增大系数，再与梁上作用的竖向重力荷载代表值一起从平衡关系中求得梁端剪力。

通过相应的抗震构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。对于梁柱等构件，延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点：混凝土的极限压应变和破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质上都是这两个根本因素的延伸。对于梁而言，梁端始终都是引导出现塑性铰的主要部位，都希望梁端的塑性变形有良好的延性和良好的塑性耗能能力。所以要通过一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性。

控制受拉钢筋的配筋率，包括最大配筋率和最小配筋率。最大配筋率是为了使受拉钢筋屈服时的混凝土受压区压应变与梁最终破坏时的极限压应变还有一定的差距。最小配筋率是为了保证梁不会在混凝土受拉区刚开裂时钢筋就屈服甚至被拉断。

保证梁有一定的受压钢筋，受压钢筋可以分担部分剪力，减小受压区高度。另外在大震作用下，梁端可能出现正弯矩，梁端下部钢筋有可能变为受拉。

保证箍筋用量。箍筋的作用有三个：一个是抗剪；二是保证纵筋在受压下不会过早的局部失稳；三是通过箍筋约束受压混凝土，提高其极限压应变和抗压强度。

合理选择梁的截面尺寸，使梁的尺寸满足抗震规范对梁截面尺寸的要求。柱的构造措施和梁差不多，但是柱除了受弯矩和剪力以外，还要承受轴力，特别是高层建筑，轴力就更大了。所以柱还要对轴压比进行限制。不同烈度下有着不同延性要求的结构有着不同的轴压比限值。

结束语

建设项目的抗震设防处理必须从多个方向入手。一方面，应提高建设项目本身的抗震质量。另一方面，要加强执法监督的相关部分，从两个方面加强对其的处理，为今后的抗震设防建设项目将发挥更加有益的作用。同时，对于经济和社会效益的提高也具有重要意义。

参考文献：

[1]张勇.高层建筑结构概念设计应注意的问题[J].价值工程.2017（11）

[2]李志德.抗震分析与设计在高层建筑结构中的应用研究[J].科技创新导报.2018(10)