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第11章 钢筋混凝土构件的抗震设计（第4页）

　　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。

　　图11-6梁铰机构与柱铰机构

　　（a）梁铰机构；（b）柱铰机构

　　8。加强构件之间的连接

　　结构各构件之间应有可靠连接，保证结构的整体性。应做到：构件节点的破坏不应先于其连接的构件；预埋件的锚固破坏不应先于连接件；装配式结构构件的连接，应能保证结构的整体性。

　　11。3地震作用和作用效应的计算

　　结构地震作用的动力计算方法主要有：时程动力分析法、振型分解反应谱法、底部剪力法和拟静力法等。

　　时程动力分析法是将地震波a0（t）直接输入结构的动力方程求解结构在振动时的位移x（t）。时程动力分析法的计算比较精确，但也比较复杂，这里不再叙述。振型分解反应谱法及底部剪力法都是动力法中的反应谱法，即按标准的反应谱考虑地震时地面加速度a0（t）所引起的结构自身的加速度动力反应，并以作用于结构上的地震惯性力来表示。这样，就将动力问题转化为静力问题处理。振型分解法综合考虑了结构在不同振型时的地震反应，而底部剪力法只考虑结构第一（基本）振型时的地震反应，因而是一种简化计算方法。水工中的拟静力法直接由动态系数计算地震惯性力，是最简单的一种方法。

　　11。3。1底部剪力法

　　底部剪力法适用于高度不超过40m，以剪切变形为主，且质量与刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构（如水塔、单层厂房等）。

　　11。3。1。1单质点体系

　　图11-7为单层厂房、水塔一类结构。在抗震计算时，其计算简图可简化为支撑在不计质量的弹性杆上的单质点体系，质点的质量为m。当地面水平向加速度为a0（t）时，质点引发的加速度为a（t）。由牛顿第二定律，可假定在质点上作用有一惯性力f为

　　这样，就可将动力问题转化为静力问题处理。

　　当a（t）=amax时的惯性力为

　　质点的加速度峰值amax和地面水平向设计基本地震加速度ah的大小有关。ah为地震设计烈度的定量标准，根据实际地震的分布研究，水平向设计基本地震加速度ah可按表11-1取值。

　　质点的加速度峰值amax和地面水平向设计基本地震加速度ah之间的关系，可用下式表示

　　图11-7单层厂房、水塔类结构简化为单质点体系

　　式中β——动力系数，或称为放大系数，在《水工建筑物抗震设计规范》（dl5073—2000）中，β可由图11-2的设计反应谱确定。

　　将式（11-7）中的amax代入式（11-6），可得出地震惯性力（标准值）

　　式中g——质点的总重力荷载代表值，g=mg。

　　在《建筑抗震设计规范》（gb50011—2001）中，将β与ahg合并为水平地震影响系数α，即fk=αg。水平地震影响系数α可由图11-3的地震影响系数曲线确定。

　　由式（11-8）可知，地震作用惯性力和其他外力荷载是不同的，它不仅取决于地震烈度（ah），还与结构本身的动力特性（自振周期t）及结构的质量（）有关。

　　11。3。1。2多质点体系

　　对于多层框架，抗震计算时的计算简图取为如图11-8所示的多质点体系，即将每层的梁、板、柱的质量均集中于楼层处作为一个质点处理。各楼层可仅取一个自由度。n层框架就有n个质点支撑在无质量的弹性直杆上。n个质点体系在振动时就有n个自由度，也就有n个振型。按底部剪力法计算时，只考虑主振型时的质点位移。

　　多质点体系受到的结构总水平地震作用标准值fek套用式（11-9）的单质点体系公式，表示为

　　式中geq——结构的等效总重力荷载。

　　由于底部剪力法计算多质点体系时，所得地震作用效应将比精确方法计算的偏大15%左右。因此，对多质点体系，就取“等效的”总重力荷载geq替代实有的总重力荷载g，geq取为0。85g。

　　图11-8多层框架简化为多质点体系

　　应注意，用底部剪力法按式（11-9）、式（11-10）求得的fk或fek是将结构抗震体系作为弹性体考虑的，并在按《水工建筑物抗震设计规范》设计时，是以设计烈度（中震）计算得到的。但抗震设计原则规定，当结构遭受到设计烈度（中震）的地震时，允许结构（特别是钢筋混凝土一类结构）进入塑性变形阶段。当发生一定的塑性变形时，实际作用在结构上的地震惯性力或结构产生的地震作用效应（内力）要比弹性体计算要小得多，因此，在以式（11-9）、式（11-10）计算地震作用所产生的地震效应时应加以折减，或直接将式（11-9）、式（11-10）修正为

　　式中ξ——地震效应折减系数，对于钢筋混凝土结构，可取ξ=0。35。