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第11章 钢筋混凝土构件的抗震设计（第2页）

　　表11-2设计反应谱最大值的代表值βmax

　　表11-3特征周期tg

　　由图11-2可见，反映结构振动加速度的动力系数β与结构的自振周期t有关，当t和场地的特征周期tg相近时，将发生共振，这时结构β值将明显加大；当t>tg后，β随t减小。

　　图11-3为《建筑抗震设计规范》（gb50011—2001）采用的地震影响系数曲线，图中的a称为地震影响系数，它是质点加速度峰值amax和重力加速度g的比值，即a=amaxg，因而地震影响系数a就是单质点弹性体系在地震时以重力加速度为单位的质点最大加速度反应。

　　amax为地震影响系数最大值，按表11-4采用。特征周期tg与场地条件及设计地震分组有关[1]，按表11-5采用，计算8度、9度罕遇地震作用时，特征周期应增加0。05s。周期大于6。0s的建筑结构所采用的地震影响系数应作专门研究。

　　图11-3《建筑抗震设计规范》（gb50011—2001）采用的地震影响系数曲线

　　表11-4水平地震影响系数最大值amax

　　注括号中数值分别用于设计基本地震加速度为0。15g和0。30g的地区。

　　表11-5特征周期值tg单位：s

　　在图11-3，公式中的γ为衰减指数，h1为直线下降段的下降斜率调整系数，h2为阻尼调整系数，分别由下列公式计算

　　式中z——结构的阻尼比。

　　当h1的计算值小于0时，取h1=0；当h2的计算值小于0。55时，取h2=0。55。

　　这里应注意，《水工建筑物抗震设计规范》（dl5073—2000）采用的反应谱曲线（图11-2）与《建筑抗震设计规范》（gb50011—2001）采用的地震影响系数曲线（图11-3）是不同的，后者考虑了阻尼比的影响，所取的结构自振周期t也较长。

　　11。1。6延性的基本概念

　　除强度（承载力）与刚度要求外，在地震区的结构要有良好的延性。所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用下，进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。延性好的结构，能通过结构的塑性变形来吸收和消耗地震的能量，抗震性能强。

　　图11-4超筋梁和适筋梁的荷载位移曲线

　　图11-4是两根简支梁的荷载挠度全过程曲线。梁a受荷达最大值后突然降低，呈脆性破坏状态；梁b在受拉钢筋屈服后，由于截面中性轴上升和钢筋强化，承载力尚有一定程度增加，经较长的变形过程最终由于受压区混凝土压碎而破坏，表现出良好的延性。试验和非线性计算分析表明：若构件和结构的破坏由受拉钢筋屈服引起，则常表现出良好的延性，如适筋梁、大偏心受压柱等；而破坏由混凝土拉断、剪坏和压碎控制的，常表现为脆性，如素混凝土板、超筋梁、短柱的剪切破坏等。

　　描写延性常用的变量有：材料的韧性、截面的曲率延性系数、构件或结构的位移延性系数、塑性铰转角能力、滞回曲线、耗能能力等。

　　材料的韧性通常用材料的应变（或变形）达到某一值时刻的应力—应变（或荷载—变形）曲线下的面积来度量。应力峰值后的应力—应变曲线越平缓，则曲线下的面积越大，材料的韧性越高。素混凝土的受压和受拉韧性都较低，采用箍筋约束和掺加改性材料（如树脂、纤维）可改善混凝土的韧性。

　　截面的曲率延性系数是指受弯或弯压破坏时构件临界截面上极限曲率与屈服曲率的比值，记作mφ=φuφy。

　　构件或结构的位移延性系数是指极限位移与屈服位移的比值，记作mΔ=ΔuΔy。相应于受拉钢筋开始屈服时的位移为屈服位移，这时在荷载—位移曲线上出现明显拐点；极限位移通常取荷载峰值后降低至85%峰值荷载时对应的位移（图11-4）。

　　构件达到屈服后在临界截面附近一个区域内形成一个可以保持一定承载力而使两侧产生相对转动的“铰”，称为塑性铰。相应于位移极限时和截面屈服时的转角差，称为塑性铰转角能力，记作θp=θu-θy。

　　地震水平作用力是以周期反复荷载的形式作用到建筑物上的，因此研究周期反复荷载作用下结构构件的受力变形性能十分重要。图11-5为一构件周期反复加载试验所得的荷载—位移全过程曲线，称为荷载—位移滞回曲线。其中每一个加载→卸载→反向加载→卸载过程形成的一段曲线称为滞回环。滞回环的面积可衡量构件耗能能力的大小。通过第一次加载曲线与以后各加载—卸载点的连线可形成一条包络线，由包络线也可确定位移延性系数。

　　图11-5周期反复荷载下构件的滞回曲线

　　11。1。7抗震设防目标和抗震设计方法

　　若要求钢筋混凝土结构在遭遇到强烈地震后仍然丝毫无损，就不仅要大大增加设防投资，在技术上也存在一定困难。考虑到强烈地震并非经常发生，因此《建筑抗震设计规范》（gb50011—2001）规定抗震设防目标是：1当遭受低于本地区抗震设计烈度（一般即基本烈度）的多遇地震（小震）时，结构一般不受损坏或不需修理可继续使用；2当遭受相当于本地区抗震设计烈度的地震（中震）时，结构可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；3当遭受高于本地区抗震设计烈度的罕遇地震（大震）时，结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。这就是通常所说的“小震不坏，中震可修，大震不倒”三个水准的抗震设计思想。

　　一般情况下（不是所有情况下），遭遇众值烈度时，建筑物处于正常使用状态，从结构抗震分析角度，可以视为弹性体系而采用弹性反应谱进行弹性分析；遭遇基本烈度或预估的罕遇地震影响时，结构进入了非弹性工作阶段，应采用弹塑性方法进行计算。

　　在房屋建筑的抗震设计中，并不需要对三个水准作一一对应的验算，而是采用二阶段设计来实现上述三个水准的设防目标。其主要设计思路是：通过控制第一和第三水准的抗震设防目标，使第二水准得以满足，不需另行计算。

　　第一阶段设计是承载力验算。取第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，进行结构构件的截面承载力验算。这样，既满足了在第一水准下具有必要的承载力可靠度，又满足第二水准的损坏可修的目标。

　　对大多数的结构，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。