浅谈钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法

韩克良

【摘 要】结构抗震设计方法的发展历史是人们对地震作用和结构抗震能力认识不断深化的过程。结构抗震设计方法的发展有助于提高人们对结构抗震原理的认识。随着建筑技术的不断发展，钢筋混凝土框架结构成为了目前建筑的主要结构类型，并且为城市居住带来了较大的积极影响。但是，近几年的自然灾害频发，尤其是地震灾害的频率不断提升，由此带来的负面影响就是钢筋混凝土框架结构受到了严重的影响。为此，在今后的工作中，应将位移作为基础，深化研究钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法，提高安全保障。

【关键词】钢筋混凝土；结构；框架；位移；抗震

由于地震及其地面运用带有很大的不确定性，即结构在服役期内以较大的概率会遇到预期的一般强度的地震，而遭遇意外强震的概率则比较小，为此，在研究钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法时，应将中小型地震作为重点，将大地震作为研究的目标，以此来实现钢筋混凝土框架结构抗震性能的提升。另一方面，在近几年的地震当中，多数地区都会表现出强烈的余震，余震对钢筋混凝土框架结构所造成的破坏，并不亚于首次地震。因此，需强化钢筋混凝土的持续抗震能力。在此，本文主要对钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法展开研究。

一、钢筋混凝土结构基于位移的抗震设计

（一）框架结构侧移的近似计算

在地震发生时，由于大量的能量瞬间出现，钢筋混凝土框架结构将吸收超出自己承受能力的地震能量，由此将会产生位移。在现实当中，要想实现有效的抗震设计，必须在框架结构侧移的近似计算上努力，以此来获得贴近实际情况的各种数据和资料。简单来讲，水平荷载作用下框架结构的侧移，可以在计算当中，近似的看作由梁柱弯曲所引起的侧移，以及由柱轴向变形引起的侧移的叠加，这种位移在地震当中是比较常见的。第一，梁柱弯曲变形引起的侧移，能够导致钢筋混凝土框架结构出现崩塌情况，从客观的角度来分析，一般的多层建筑或者是高层建筑，都会沿着高度方向的刚度，表现出逐渐变化的特点。第二，柱轴向变形引起的侧移是另一种常见情况。经过大量的研究发现，其侧移曲线与悬臂柱的弯曲变形存在大量的相似之处，总体上呈现出弯曲变形的特征。

（二）等效单自由度体系的等效参数

就钢筋混凝土框架结构位移本身来讲，是一种不可避免的情况。多数地震都是突然出现，之前并没有什么征兆。要想从根本上实现抗震性能的提升，还是应该在一些技术上的指标努力，例如，等效单自由度体系的等效参数，就是一个非常重要的参考指标。从概念上来分析，在等效化过程中，应遵守三个假定条件：第一，多自由度体系应按照假定的侧移形状，产生地震反应。现阶段的地震频率较高，因此地震反应也比较剧烈。第二，多自由度体系与等效单自由度体系的基底剪力相等。第三，水平地震作用在两种体系上所做的功相等。今后的抗震设计方法，可将上述的三种假设作为重要的指标，并结合每一次地震的实际表现，改进钢筋混凝土框架结构。

（三）结构非线性地震响应的静力弹塑性分析

对于地震，现阶段的研究广度和深度都在加强，以往仅仅是在表面上加强抗震，因此效果并不突出。但是，随着科技的不断发展和各项研究设备的进步，当大地震来临时，钢筋混凝土结构框架的弹塑性变形需求，成为了基于性能抗震设计方法首要解决的问题。从学术上来分析，钢筋混凝土框架结构非线性地震响应的静力弹塑性分析，可作为抗震设计的重要指标，亦是今后抗震体系的参考。现阶段常用的分析方法有两种，分别为静力增量分析和动力过程分析。动力过程分析由于搜集数据困难、计算量大等问题，在实际的抗震设计中并未广泛应用。相反的，静力弹塑性分析在实际中容易操作，同时充分考虑到水平力的大小、分布会随结构的周期、阻尼和振型的改变而改变的特性，在现实设计中获得了广泛的应用。

二、钢筋混凝土框架结构构建截面变形能力设计

（一）设计思想

面对地震的频繁发生，即便是小型地震，依然会对钢筋混凝土框架结构造成较大的影响。为此，在基于位移的抗震设计方法中，我们还应该在钢筋混凝土框架结构构建截面变形能力的设计工作中展开研究。本文认为，我国作为一个地震多发国家，截面变形能力设计必须从客观实际出发，因此制定了以下的设计思路：在工程设计中，构件截面的曲率是一个和结构的变形能力直接相关的物理量，结构非弹性变形在理想状态是由塑性铰区的转动来完成的。其本质是，给定结构各种性能水平下的目标位移后，转换为构件截面的曲率需求，继而由约束箍筋数量和截面转动能力之间的关系，确定箍筋数量，来保证截面的转动能力，因此，求取截面的曲率需求是该方法的关键。

（二）梁柱的屈服曲率

对于钢筋混凝土框架结构而言，虽然现阶段的各项性能比较优异，但仍然存在不足。为此，应对一些具有深度的指标展开研究，例如梁柱的屈服曲率。到目前为止，钢筋混凝土梁柱截面的屈服曲率至今没有得到统一的定论。在本文的研究当中，将截面的屈服曲率设定为：对于梁和小轴压比的柱，为构件最外层受拉钢筋屈服所对应的截面曲率；对于大轴压比的柱，为受压边缘混凝土压碎时对应的截面曲率（本文的压碎是指混凝土压应变达到0.004时的状况）。对于适筋和少筋构件来说，屈服是以受拉侧的钢筋首先屈服为标志的。因此，可根据以上各情况对截面进行分析，求取截面的屈服曲率。由此可见，通过研究梁柱的屈服曲率，可进一步深化抗震设计方法及抗震体系，并且在具体的落实工作中，也可以得到理想的结果。

三、关于抗震设计方法的研究

钢筋混凝土框架结构本身的稳定性较强，在遇到地震的时候，其结构能够耐受较强的地震能量，以此来实现较强的抗震效果。在近几年的研究当中，钢筋混凝土框架结构得到了较大的优化，除了抗震性能外，该类型的结构还在安全性、坍塌速度、瓦解方式上进行优化，即便是出现了严重的破坏，也尽最大限度的保护内部住户的安全。当地震来临时，钢筋混凝土框架结构会出现严重的位移现象，针对位移展开的抗震设计方法研究，是非常有必要的。在今后的研究当中，一方面应加强各项参数、指标、系数的理论研究，分析如何才能更好的实现抗震效果；另一方面，应加强具体的技术应用，尤其是在钢筋混凝土框架结构出现位移时，如何应用联合技术来实现抗震性能的提升，总而言之，抗震设计方法需从理论和实践两方面进行，才能得到理想的结果。

总结：本文就钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法展开研究，随着时间的推移，抗震设计方法趋于多元化。值得注意的是，位移仅仅是钢筋混凝土框架结构抗震设计当中的一个重要环节，还需要对其他的部分展开研究，比方说能量等等，通过全面研究抗震设计方法，联合应用各种技术体系，才能实现抗震性能的较大提升，为住户提供更多的保障。

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