浅谈工程结构抗震设防
摘要：本文简要介绍了地震基本常识；钢筋混凝土梁、柱“能力设计法”和抗震措施，抗震构造。
关键词：地震结构延性抗震措施
中图分类号：U211.9 文献标识码：A 文章编号：
On the engineering structure and earthquake fortification
Li Jin
(Zhaoyang District of Zhaotong City, Yunnan Province construction engineering Quality Supervision Station)
Abstract: This essay introduces the basic knowledge of the earthquake; reinforced concrete beams, columns, “design capacity” and the aseismatic measure
Key words: earthquake structure ductile earthquake resistant measure
前言
地震是人类面临的严重自然灾害之一。地震具有突发性的特点，至今可预报性仍然很低。我国东临太平洋地震带，南接欧亚地震带，属地震多发国家，地震区域分布很广。笔者所在地云南昭通又处于我国两条主要地震带，六个地震活动区之一的南北地震带活动区。根据《建筑抗震设计规范》昭通抗震设防烈度为7度，近几年昭阳、鲁甸11.15、8.10及盐津，大关发生的破坏性地震，给人民生命财产带来了重大损失，随之也暴露出城市与乡村，设计和施工质量等方面的差距和存在的问题。
1、地震的基本知识
1.1地震的成因：地震按其成因分为火山地震、陷落地震和构造地震。其中构造地震影响范围广，破坏作用大，也是最常见的地震。
构造地震的成因：地球内部总是在不停地运动，而组成地壳的岩层在巨大能量作用下，也不停地连续变动。地壳运动使某些部位的地应力不断加强，当弹性应力的积聚超过岩石的强度极限时，岩层就会发生断裂和猛烈错动，从而引
起振动，振动以波（包括纵波和横波）的形式传到地面形成地震。地震发生后，岩层的变形还需不断调整以达到平衡，从而形成了一系列余震。
1.2 震级、地震烈度、震源
1.2.1震级：震级是表示地震本身大小的尺度，震级与震源释放的能量大小有关，震级每相差一级，地震所释放的能量相差32倍。
1.2.2地震烈度：地震烈度是指发生地震时地面和建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。对于一次地震，震级只有一个，但它对不同地点的影响是不一样的；距震中越远地震影响越小，烈度也小；距震中越近，地震影响越大，烈度也越大。另外地震烈度还与地震大小、震源深浅、地震传播介质等许多因素有关，所以震级和烈度是两个不同的概念。很多人把震级和烈度混在一起，概念不清。昭通发生一系列地震后，很多人认为昭通的房屋是7度设防就应该能抵抗7级地震。这就是对设防烈度和震级的错误认识和理解。
1.2.3震源：按震源的深浅，地震分为深度在70km以内的浅源地震；震源深度在70—300km的中源地震和深度超过300km的深源地震。昭通市近几年来的几次破坏性地震均属于浅源地震，震源深度约在10km左右，所以烈度较高，破坏性较大，震感明显。
2、工程结构抗震设防
2.1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”。
抗震设计中的第一阶段是在方案符合抗震原则的前提下，按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形，以满足第一水准的抗震设防目标。即在“小震”作用下，结构不受损伤或不需修理仍可继续使用。
抗震设计中的第二阶段是在大震（罕遇地震）作用下验算结构的弹性变形，以满足第三水准抗震设防目标要求。即在“大震”作用下，结构不应倒塌或发生危及生命的严重破坏。
第二水准（本地区设防烈度）的抗震目标是通过抗震构造措施来加以保
证，当遭遇中震作用时，结构可以有一定程度的损坏，但经修复或不经修复仍可以继续使用。
2.2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。
2.3“能力设计法”在选择塑性变形机构上有两种不同的方案
2.3.1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。
2.3.2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。
2.4“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。
2.5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。
2.5.1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。
2.5.2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。
2.5.3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。
2.5.4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：
抓好抗震设防地区建设工程的抗震设计，是减轻地震灾害损失最积极、最有效和最根本的措施，通过正确合理的抗震设计，能使地震破坏降低到最低限度。同时要加强对抗震常识和防震的宣传教育工作，特别要加大农村和城乡结合处自建房屋的抗震设防干预和监督工作。使房屋抗震设防质量得到保证，减少建设的盲目性; 而广大建筑设计人员更应以高度的社会责任感，精心设计，确保设计工作的深度和质量。为建设和谐社会尽职尽责。
参考文献：
1、《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001 北京 中国建筑工业出版社 2001
2、郭继武编著《建筑抗震设计》 北京 中国 建筑工业出版社 2002
3、钱培风主编《结构抗震分析》 北京 地震出版社
浅谈工程结构抗震设防
摘要：本文简要介绍了地震基本常识；钢筋混凝土梁、柱“能力设计法”和抗震措施，抗震构造。
关键词：地震结构延性抗震措施
中图分类号：U211.9 文献标识码：A 文章编号：
On the engineering structure and earthquake fortification
Li Jin
(Zhaoyang District of Zhaotong City, Yunnan Province construction engineering Quality Supervision Station)
Abstract: This essay introduces the basic knowledge of the earthquake; reinforced concrete beams, columns, “design capacity” and the aseismatic measure
Key words: earthquake structure ductile earthquake resistant measure
前言
地震是人类面临的严重自然灾害之一。地震具有突发性的特点，至今可预报性仍然很低。我国东临太平洋地震带，南接欧亚地震带，属地震多发国家，地震区域分布很广。笔者所在地云南昭通又处于我国两条主要地震带，六个地震活动区之一的南北地震带活动区。根据《建筑抗震设计规范》昭通抗震设防烈度为7度，近几年昭阳、鲁甸11.15、8.10及盐津，大关发生的破坏性地震，给人民生命财产带来了重大损失，随之也暴露出城市与乡村，设计和施工质量等方面的差距和存在的问题。
1、地震的基本知识
1.1地震的成因：地震按其成因分为火山地震、陷落地震和构造地震。其中构造地震影响范围广，破坏作用大，也是最常见的地震。
构造地震的成因：地球内部总是在不停地运动，而组成地壳的岩层在巨大能量作用下，也不停地连续变动。地壳运动使某些部位的地应力不断加强，当弹性应力的积聚超过岩石的强度极限时，岩层就会发生断裂和猛烈错动，从而引
起振动，振动以波（包括纵波和横波）的形式传到地面形成地震。地震发生后，岩层的变形还需不断调整以达到平衡，从而形成了一系列余震。
1.2 震级、地震烈度、震源
1.2.1震级：震级是表示地震本身大小的尺度，震级与震源释放的能量大小有关，震级每相差一级，地震所释放的能量相差32倍。
1.2.2地震烈度：地震烈度是指发生地震时地面和建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。对于一次地震，震级只有一个，但它对不同地点的影响是不一样的；距震中越远地震影响越小，烈度也小；距震中越近，地震影响越大，烈度也越大。另外地震烈度还与地震大小、震源深浅、地震传播介质等许多因素有关，所以震级和烈度是两个不同的概念。很多人把震级和烈度混在一起，概念不清。昭通发生一系列地震后，很多人认为昭通的房屋是7度设防就应该能抵抗7级地震。这就是对设防烈度和震级的错误认识和理解。
1.2.3震源：按震源的深浅，地震分为深度在70km以内的浅源地震；震源深度在70—300km的中源地震和深度超过300km的深源地震。昭通市近几年来的几次破坏性地震均属于浅源地震，震源深度约在10km左右，所以烈度较高，破坏性较大，震感明显。
2、工程结构抗震设防
2.1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”。
抗震设计中的第一阶段是在方案符合抗震原则的前提下，按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形，以满足第一水准的抗震设防目标。即在“小震”作用下，结构不受损伤或不需修理仍可继续使用。
抗震设计中的第二阶段是在大震（罕遇地震）作用下验算结构的弹性变形，以满足第三水准抗震设防目标要求。即在“大震”作用下，结构不应倒塌或发生危及生命的严重破坏。
第二水准（本地区设防烈度）的抗震目标是通过抗震构造措施来加以保
证，当遭遇中震作用时，结构可以有一定程度的损坏，但经修复或不经修复仍可以继续使用。
2.2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。
2.3“能力设计法”在选择塑性变形机构上有两种不同的方案
2.3.1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。
2.3.2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。
2.4“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。
2.5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。
2.5.1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。
2.5.2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。
2.5.3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。
2.5.4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：
抓好抗震设防地区建设工程的抗震设计，是减轻地震灾害损失最积极、最有效和最根本的措施，通过正确合理的抗震设计，能使地震破坏降低到最低限度。同时要加强对抗震常识和防震的宣传教育工作，特别要加大农村和城乡结合处自建房屋的抗震设防干预和监督工作。使房屋抗震设防质量得到保证，减少建设的盲目性; 而广大建筑设计人员更应以高度的社会责任感，精心设计，确保设计工作的深度和质量。为建设和谐社会尽职尽责。
参考文献：
1、《建筑抗震设计规范》 GB50011-2001 北京 中国建筑工业出版社 2001
2、郭继武编著《建筑抗震设计》 北京 中国 建筑工业出版社 2002
3、钱培风主编《结构抗震分析》 北京 地震出版社