基于地震损伤性能的钢筋混凝土结构设计

　　摘要：随着经济的发展，人们对建筑的要求逐渐提高，2008年我国四川汶川地震的发生促使将基于地震损伤性能的钢筋混凝土结构设计有推上了一个新的高度。基于这种现实情况，本文以建筑在地震发生时损伤情况的界定为研究基点，分析了有关于地震损伤的性能目标，并研究了基于地震损伤性能的钢筋混凝土结构设计方法，完善了建筑在抗震方面的结构设计。

　　关键词：钢筋混凝土结构；地震损伤；损伤计算方法；设计方法

　　前言：目前的钢筋混凝土结构设计基本可以保证建筑在地震中屹立不倒，减少建筑因二次坍塌给人们生命财产安全带来的威胁，然而，很多建筑在地震灾害后在建筑结构上却存在很大程度的损伤，导致在灾后重建的过程中，绝大多数建筑都难以根据以前的结构进行修复，进而失去其应有的使用功能，带来不必要的损失。

　　1、建筑在地震发生时损伤情况的界定

　　在地震灾害发生时，建筑的内部结构会在地壳相互挤压的作用下发生变形或扭曲，为建筑带来根本上的伤害，这种伤害是可以由等级进行划分的，大体上可以分为以下几个等级：一级，建筑结构基本完整，主要表现在建筑墙体或承重设施出现比较细小且不连贯的裂缝，对建筑的基本使用功能没有太大的影响，只需要对建筑做局部的加固便可以恢复使用；二级，建筑结构发生轻微损坏，主要表现在建筑墙体或承重设施出现相对连贯的细小裂缝，有时会出现墙体脱落现象，这种情况同样对建筑使用功能没有严重影响，在修复上也比较容易；三级，建筑结构发生中等破坏，主要表现在建筑墙体或承重设施出现连贯且巨大的裂缝，一些部位的混凝土破损，露出建筑内部的钢筋结构，这种情况的建筑一般很难对其进行修复；四级，建筑结构发生严重破坏，主要表现在建筑墙体坍塌，承重设施出现塌陷或严重损害，这种情况下的建筑基本功能已经丧失，无法对其进行修复；五级，建筑基本倒塌，主要表现在建筑基本构建完全丧失作用，建筑整体性倒塌，建筑内部的主要构件基本损毁，无法进行修复[1]。

　　2、有关于地震损伤的性能目标

　　现阶段，我国对建筑抗震结构的要求主要遵循“三水准”的性能目标，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计原则，具体的实现方法主要分为两步，在建筑建造的过程中对小震情况下进行强度验算、大震情况下进行变形验算，然而理论上的检验目标不能完全符合实际地震中的情况，并且虽然中震可修的目标构造措施可以保证，但是大地震情况下的多次余震对建筑产生的疲劳性损伤却不能够保证建筑不发生倒塌事故，因此，想要使建筑完全符合抗震的设计要求与结构标准，使其更加具有灵活性与合理性，就需要现阶段在我国建筑行业内普遍得到认可的建筑结构设计规范标准，此性能目标的相关指数为一般的建筑结构在在较小地震灾害发生时，可以出现的损伤指数为0到0.25，中震发生时损伤指数为0.25到0.50，大震发生时损伤指数为0.50到0.90。

　　3、基于地震损伤性能的钢筋混凝土结构设计方法

　　3.1地震损伤直接与变形验算法

　　现阶段，我国在钢筋混凝土结构建筑在地震灾害中发生损伤的性能方面，大体上可以分为地震直接损伤与变形两种比较科学实用的验算方法[3]。在相关地震损伤性能目标方面，我国在近年来提出了“三水准”这一专业规定，该规定是根据我国客观的社会与自然条件制定的，符合社会的发展需要，因此，根据这一文件，钢筋混凝土结构建筑的设计方法可以参照以下意见：其一，针对普通结构的建筑可以根据《现行建筑结构抗震设计规范》对相关的数据资料进行直接与变形方面的验算；其二，针对特殊地震，可以根据地震薄弱层进行相关的地震直接与变形损伤方面的验算。普遍意义上讲，建筑在损伤计算时，其数值应该不大于0.9，重要结构建筑的地震损伤系数不大于0.5。以上提出的地震损伤系数是指建筑结构在特殊地震发生时，所产生的薄弱层地震损伤值。

　　3.2 Pushover 分析

　　Pushover 分析方法的基本原理是基于两个原则：第一个为假设原则，其主要内容是通过假设的方式，将一个相对复杂的多元化体系进行简化，将其假设成为一个相对简单的但模式体系，以方便进行接下来的分析；第二个原则是可以用形状向量来代替建筑结构以建筑高度为标准而产生的对应变形，因为建筑变形是变化较强烈的参数，而形状向量的变化幅度相对稳定，对接下来的分析有利。

　　Pushover 分析法的分析过程可以有以下几方面组成：首先是前期准备工作，主要内容是构建起一个与将要施工的建筑在形状、尺寸、参数、要件等方面相一致的建筑模型，用以进行建筑的施工的前期科学分析；其次，根据计算公式求出地震效应在结构上作用的荷载，其符合主要分为两个方面，即结构的竖向荷载和水平荷载，并计算的出各个构件的极限承载力；第三，求得结构在竖向荷载作用下产生的内力从而得出结构的自振周期；另外，在实验过程中，在建筑模型中施加水平荷载，利用这种方式，将建筑模型的水平与垂直内力进行叠加处理，并确保叠加后的内力能够达到一个相对平衡的状态；在此之后，对屈服的构件，改变其状态，并将屈服的构件的两端设成铰接点，这样就形成了一新结构，也使用上述同样的方法求出新结构的自振周期，然后在建筑模型的相关要件上根据内力的情况施加水平荷载，繁复与建筑内部的内力进行叠加，直到实验出一个刚好平衡的状态；最后，重复以上实验步骤，使建筑内部的侧向位移达到一个极限值。在实验过程中，准确记录每一次施加的荷载和自振周期，最终得到外力与结构位移的关系曲线。

　　结语：通过本文以上的分析研究，笔者主要探讨了地震震害等级和建筑损伤指数，为进一步研究奠定了基础，随之又研究了我国对建筑的相关规定和建筑标准，最后分析了目前我国最常用的基于地震损伤性能的钢筋混凝土结构设计方法，以上的研究真实的反映了我国实际防地震混凝土结构设计的标准和设计方法，并且在不同的地震情况中运用不同的计算方法，保证了计算数据的准确性。

　　参考文献：

　　[1]杨伟，王彦凯，赵新宇，等.钢筋混凝土结构损伤性能设计及整体抗震能力分析[D].哈尔滨工业大学，2010.

　　[2]宋鹏彦，李永清，任东宇，等.结构整体可靠度方法及RC框架非线性整体抗震可靠度分析[D].哈尔滨工业大学，2012.

　　程昌明

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