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第11章 钢筋混凝土构件的抗震设计（第3页）

　　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。

　　第二阶段设计是弹塑性变形验算。对有特殊要求的建筑、地震时易倒塌的结构以及有明显薄弱层的不规则结构，除进行第一阶段设计外，还要进行结构薄弱部位的弹塑性层间变形验算并采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。

　　《水工建筑物抗震设计规范》（dl5073—2000）规定，对于水工结构可不再分小震、中震和大震三个水准要求，而只按设计烈度进行抗震设计。即认为在遭遇设计烈度（一般取基本烈度）的地震时，允许结构有一定的塑性变形或损坏，但要求不需修理或经一般修理仍可正常使用。根据工程实践经验，这一设计准则也就隐含了“小震不坏”的要求。关于“大震不倒”的要求主要依赖抗震结构构造措施来保证，这是因为对水工建筑物很难给出与“大震不倒”的要求相适应的弹塑性变形极限状态和判断准则。

　　一般而言，当设计烈度小于6度时，地震作用对建筑物的损坏影响较小，因而可不进行抗震设防。9度以上地区，地震作用过于强烈，即使采取了很多措施、花费了大量投资，仍难以保证安全。因此，在该地区一般应避免兴建重要建筑物。这样，抗震设防的重点只放在6～9度地区。

　　11。2抗震的概念设计

　　地震引起的振动以波的形式从震源向各方向传播。在地球内部，地震波包含有纵波和横波。由于震源机制、地层地质条件及地面扰动等复杂性，这几种波综合叠加在一起，形成极为复杂的波列，很难分解区别。地震作用的大小和特性以及它所引起的结构的反应就很难正确估算。所以，在抗震设防时，不能完全依赖于计算，更重要的要有一个良好正确的概念（方案）设计，其主要内容分述如下。

　　1。选择对抗震有利的场地、地基和基础

　　建筑物场地选择的原则是根据区域地质构造、场地土和地形地貌条件以及历史地震资料，尽量选择对建筑物抗震相对有利的地段，避开不利地段，未经充分论证不应在危险地段进行建设。

　　有利地段是指邻近地区无晚近期活动性断裂，地质构造相对稳定，地基比较完整的岩体和密实土层。不利地段是指邻近地区地质构造复杂，有晚近期活动性断裂、可能发生液化的土层或软弱粘性土层，以及陡坡、河岸、孤立山丘、半挖半填、不均匀土层等地段。危险地段是指地质构造复杂，有活动性断裂，可能发生滑坡、崩塌、地陷地裂、泥石流、地表错位等地段。

　　当无法避开不利地段而必须在其上建造工程时，应加强基础的整体性和刚度，对可能发生液化的土层或淤泥、软弱粘性土、新近填土或严重不均匀土层，则应采取挖除、人工密实、砂井排水等工程措施。

　　地基及基础设计的要求是：同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；同一结构单元宜采用同一类型的基础，不宜部分采用天然地基或浅基础而部分采用桩基；同一结构单元的基础（或承台）宜埋置在同一标高上；桩基宜采用低承台桩等。

　　2。合理规划，避免地震时发生次生灾害

　　次生灾害是非地震直接造成的灾害，如房屋规划过密，地震时房屋倒塌将道路堵塞，造成在地震发生时人口无法疏散，增加伤亡；地震时水管破裂、消防设施失效，会造成火灾发生；煤气罐、油库、化工厂、核反应装置等损坏，更会引起baozha、毒气外逸和核辐射洩漏；水利工程中的挡水建筑物如有损坏，就会造成下游城镇、农田的严重淹没，其后果比建筑物本身的损坏更为严重。

　　3。建筑物的形体和结构力求规整和对称

　　建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变，以免突变部位在受震时发生局部严重损害。在建筑物的立面上应尽量少做挑檐等易倒塌脱落的附属构件。如高层建筑物的平面宜采用矩形、方形、圆形、正多边形等规整的形状，使地震时结构的变形能整体协调一致，结构的抗震构造处理也较简单，这样，可取得较好的抗震效果。结构的抗侧力构件（框架柱或剪力墙等）也宜在平面上均匀对称布置，使结构的质量中心和刚度中心尽量靠近或重合，以免在地震发生时，除水平向地震作用外，还增添水平地震惯性力对结构刚度中心的附加扭转作用。

　　体形复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。

　　防震缝应根据抗震设计烈度、结构材料种类、结构类型、单元结构的高度和高差情况，留有足够的宽度，其两侧的上部结构应完全分开。

　　当设置伸缩缝和沉降缝时，其宽度应符合防震缝的要求。

　　4。尽量减轻建筑物的质量，降低其重心

　　建筑物所受到的地震作用和它的质量成正比。采用轻质材料，减轻建筑物质量是减少地震作用反应的有效措施。建筑物的重心应尽量降低，以减少结构所承受的地震弯矩。

　　5。选择合理的抗震结构体系

　　抗震结构体系应根据建筑物的重要性、设计烈度、场地条件、建筑高度、地基基础及材料、施工状况等，将技术、经济和使用条件综合起来考虑确定。

　　抗震结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；宜有多道抗震防线，避免因部分结构或构件失效，而导致整个体系丧失抗震能力，或丧失对重力荷载的承载能力；抗震结构体系还应具备必要的抗震承载力、良好的变形能力和耗能能力。在设计时，必须综合考虑结构体系的实际刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。

　　结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。

　　6。增强结构构件的延性

　　延性好的结构构件能大量吸收地震的能量，不易倒塌破坏，抗震性能好。因此，对抗震来说，结构构件的延性与结构构件的承载力常具有同等重要意义。

　　对于钢筋混凝土结构构件，为保证结构具有较好的延性，应避免混凝土压碎、锚固失效、剪切破坏等脆性破坏的发生。因此，在钢筋混凝土结构构件的抗震设计中，应合理地选择尺寸、配置纵向受力钢筋和箍筋，避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固破坏先于构件破坏。应限制纵向受拉钢筋配筋率、增加纵向受压钢筋、增配箍筋、加大钢筋锚固长度。预应力混凝土构件，应配有足够的非预应力钢筋。对受压构件应控制其轴压比

　　不过大，对构件还应体现“强剪弱弯”的设计原则。同时，应不选用强度过低的混凝土及强度过高的钢筋，因为高强钢筋的构件其延性会明显下降。

　　7。遭遇大震时，框架结构不发生柱铰机构

　　当遭遇大震时，在框架结构的梁和柱端会发生塑性铰。在抗震设计时，应使其形成如图11-6（a）所示的梁铰机构，而不允许形成如图11-6（b）所示的柱铰机构。这是因为若形成柱铰机构而又要求它不发生过大的塑性变形，不使结构倒塌，势必要求构件具有极大的延性，事实上是不可能做到的。为了使塑性铰发生在框架梁端而不发生在框架柱柱端，设计时应体现“强柱弱梁”的原则。