二級結(jié)構(gòu)師

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中國規(guī)范選擇了第二個方案，即“梁柱鉸機構(gòu)”。這即是我們通常所說的“強柱弱梁”。為了實現(xiàn)能力設(shè)計方法中的強柱弱梁機構(gòu)，我們通常的做法是對柱截面的組合彎矩乘以增大系數(shù);也可以對由梁端實際配筋反算出梁端可抵抗彎矩，即實配彎矩乘以增大系數(shù)的方法來實現(xiàn)，并用增大后的彎矩值進行柱端控制截面的承載力設(shè)計。

(2) 第二步是要通過人為增大各類構(gòu)件的抗剪能力，使其不致在強烈地震作用下，在結(jié)構(gòu)延性未發(fā)揮出來之前出現(xiàn)非延性的剪切破壞。這即是我們通常所說的強剪弱彎。通常的做法是用剪力增大系數(shù)增大梁端、柱端、剪力墻端、剪力墻洞口連梁端以及梁柱節(jié)點處的組合剪力值，并用增大后的剪力設(shè)計值進行受剪控制截面控制條件，進行驗算和設(shè)計。具體措施也有兩類。

一類是直接對一跨梁兩端截面的順時針或反時針方向的組合彎矩值乘以增大系數(shù)，再與梁上作用的豎向重力荷載代表值一起從平衡關(guān)系中求得梁端剪力。

另一類是沿順時針或反時針方向求得一跨梁兩端截面按實際配筋能夠抵抗的彎矩，對其乘以增大系數(shù)，再與梁上作用的豎向重力荷載代表值一起從平衡關(guān)系中求得梁端剪力。

(3) 第三步是通過相應(yīng)的構(gòu)造措施，保證可能出現(xiàn)塑性鉸的部位具有所需的塑性轉(zhuǎn)動能力和塑性耗能能力。通常通過箍筋加密，限制軸壓比等措施來給予保證。

上述三個步驟所采取的措施是相互關(guān)聯(lián)的。第二步措施是第一步措施實現(xiàn)的前提和保障;因為只有塑性鉸區(qū)不致先期發(fā)生剪切失效，才能夠有梁柱塑性鉸區(qū)的塑性轉(zhuǎn)動。第一步措施要求較嚴，則第三步則可相對較弱。反之，第一步的措施較松，則對第三步的要求就較嚴格。因為如果柱彎矩增強系數(shù)很大，大到能保證除底層以外的其它柱端都不出現(xiàn)塑性鉸，則并不需要對軸壓比和約束箍筋提出嚴格的限制，即并不需要使柱處于延性較好的大偏壓狀態(tài)和使柱具有很強的轉(zhuǎn)動能力。這即是形成梁鉸機構(gòu)。而如果控制柱的彎矩增強系數(shù)，使梁端出鉸較柱端出鉸較早、較多、轉(zhuǎn)動較大，柱端出鉸則相對較遲、較少、轉(zhuǎn)動較小。這即是“梁柱鉸機構(gòu)”。此時，就需要對柱軸壓比提出一定的限制，使柱端的受力狀態(tài)處于大偏壓，同時，加強對塑性鉸區(qū)箍筋的約束，以提高塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力，這樣就提高了柱端的延性能力，使之在所需要的塑性轉(zhuǎn)動下不至于被壓壞。所以，柱的彎矩增大系數(shù)越大，對軸壓比的限制和箍筋的約束要求就越低;彎矩增大系數(shù)越小，對軸壓比的限制和箍筋的約束要求就越高。

4 幾種基本抗震體系的性能

(1) 框架結(jié)構(gòu)體系：按上述的能力設(shè)計思路，通過合理設(shè)計，可以把框架結(jié)構(gòu)做成延性框架。延性框架在大震作用下，通過先出現(xiàn)梁鉸、后出現(xiàn)柱鉸這樣一種耗能機構(gòu)耗散大量的地震能量，結(jié)構(gòu)能夠承受一定的側(cè)向變形。所以純框架結(jié)構(gòu)是一種抗震性能很好的結(jié)構(gòu)。但是我們同時也看到由于純框架的抗側(cè)剛度較小，造成的側(cè)移值比較大，因此建造高度不宜太高。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件比如填充墻在地震作用下，也可能出現(xiàn)裂縫和破壞。框架和填充墻之間的硬性聯(lián)結(jié)造成的剛度增大效應(yīng)也可能造成設(shè)計上未考慮到的增大的側(cè)向力。倘若是半高的填充墻，還會導(dǎo)致形成短柱，剛度增大，承受很大的剪力，造成柱子的剪切破壞。

(2) 剪力墻結(jié)構(gòu)體系：剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力及剛度都很大，側(cè)移變形小，因此它的使用范圍可以比純框架結(jié)構(gòu)更高。適用于框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的非線形抗震性能的原理總體上也可以用于剪力墻，也可以把剪力墻設(shè)計成為延性剪力墻，也可以以穩(wěn)定的方式來耗散地震能量。但是，剪力墻中不論是墻肢還是連梁，它的截面的特點是短而高，這類構(gòu)件對剪切變形相當(dāng)敏感，容易出現(xiàn)裂縫，容易出現(xiàn)脆性的剪切破壞。因此需進行精心合理的設(shè)計，才能夠使剪力墻具有良好的抗震性能和良好的延性能力。剪力墻的破壞形態(tài)與其剪跨比有很大關(guān)系，對剪跨比很小的矮墻，以剪切破壞形態(tài)為主，塑性變形能力很差，所以在抗震結(jié)構(gòu)中應(yīng)避免采用矮墻。對于懸臂墻的能量耗散，主要是通過墻底出鉸來進行的。而對于聯(lián)肢墻，經(jīng)過合理地設(shè)計開洞位置，使它的能量耗散機理與具有強柱弱梁的梁鉸機構(gòu)相似，形成強墻弱梁，即連梁梁端出鉸，墻底出鉸，而墻體的其它地方，均不出現(xiàn)塑性鉸。否則，倘若連梁強于墻肢，則會出現(xiàn)與柱鉸機構(gòu)一樣的層變形機構(gòu)。對于較長的懸臂墻，通常通過人為開洞使之變成聯(lián)肢墻，因為懸臂墻作為靜定結(jié)構(gòu)，一旦有一個截面破壞失效，就會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效和倒塌，而聯(lián)肢墻則可設(shè)計成強墻弱梁，出鉸數(shù)目較多，耗能較大。同框架設(shè)計的強剪弱彎一樣，連梁及墻肢也需要通過“強剪弱彎”來提高其抗剪承載能力，推遲剪切破壞，從而改善其延性。但是受其自身截面特點的影響，構(gòu)件仍不能保證不發(fā)生剪切破壞，特別是連梁，一般情況下的普通配筋連梁很難實現(xiàn)高延性，設(shè)計時，必須專門采取措施改變其性能。

(3) 框架2剪力墻結(jié)構(gòu)體系：是把框架和剪力墻結(jié)合在一起共同抵抗豎向和水平荷載的一種體系，它利用剪力墻的高抗側(cè)力剛度和承載力，彌補框架結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度差，變形較大的弱點。由于剪力墻與框架協(xié)同工作，改善了純框架和純剪力墻的變形性能，總變形減小，層間變形減小，而且上下趨于均勻，框架上下各層柱的受力也比較均勻。另外，在地震作用下，剪力墻承擔(dān)了大部分剪力，框架只承擔(dān)很小的一部分剪力，通常都是剪力墻先屈服，剪力墻屈服后將產(chǎn)生內(nèi)力重分配，框架分配的剪力將會增大，如果地震作用繼續(xù)增大，框架結(jié)構(gòu)也會屈服，使之形成曲線分布吻合最好。

從辦公樓非線性地震反應(yīng)時程分析以及三種側(cè)向力分布模式下的靜力彈塑性分析的最后塑性鉸分布圖可以看出，辦公樓滿足強柱弱梁的抗震要求。時程分析( EL2CENTRO 地震波輸入下) 以及三種側(cè)向力分布模式下的靜力彈塑性分析所得出的最大層間位移角分別為：1/70，1/143，1/117，1/118，均小于規(guī)范給出的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)彈塑性位移角限值[θp ] =1/50，因此，該辦公樓滿足罕遇地震作用下的變形要求。

5 結(jié)論

(1) 與常規(guī)結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析方法相比，考慮土2結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析方法有其特殊性，結(jié)構(gòu)靜力彈塑性分析中的側(cè)向力分布模式、目標(biāo)位移的確定方法需重新確定。

(2) 對比較規(guī)則的高層框架結(jié)構(gòu)進行考慮土2結(jié)構(gòu)相互作用非線性抗震分析，既可以采用非線性地震反應(yīng)時程分析法，也可以采用靜力彈塑性分析方法，兩種方法都能對結(jié)構(gòu)進行抗震性能評估。

(3) 對高層建筑結(jié)構(gòu)進行考慮土2結(jié)構(gòu)相互作用靜力彈塑性分析時，考慮到高階振型影響，側(cè)向力分布模式最好選用曲線分布模式。

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（責(zé)任編輯：中大編輯）

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