浅谈结构设计的抗震措施与抗震构造措施

杨 禄

（中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西 太原 030023）

钢筋混凝土房屋在设计时根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级。抗震等级是体现对结构延性要求的重要设计参数，不同的抗震等级体现了结构延性要求的不同。《建筑抗震设计规范》通过抗震措施、抗震构造措施两种具体途径来控制结构的延性水平。本文就钢筋混凝土结构设计时所涉及到的抗震措施与抗震构造措施的区别和应用谈一谈个人的认识。

一、抗震措施与抗震构造措施

抗震措施是指除地震作用计算和抗力计算以外的抗震设计内容，包括抗震构造措施。抗震构造措施是根据抗震概念设计原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分采取的各种细部要求。

“抗震措施”是除了地震作用计算和构件抗力计算以外的抗震设计内容，包括建筑总体布置、结构选型、地基抗液化措施、考虑概念设计对地震作用效应（内力和变形等）的调整，以及各种抗震构造措施。在这里，地震作用计算指地震作用标准值的计算，不包括地震作用效应（内力和变形）设计值的计算，不等同于抗震计算。“抗震构造措施”是指根据抗震概念设计的原则，一般不需计算而对结构和非结构各部分必须采取的各种细部构造，如构件尺寸、高厚比、轴压比、长细比、板件宽厚比，构造柱和圈梁的布置和配筋，纵筋配筋率、箍筋配箍率、钢筋直径、间距等构造和连接要求等等。

根据《建筑工程抗震设防分类标准》的要求，建筑工程根据重要性程度不同，划分为四个抗震设防类别：甲类、乙类、丙类、丁类，各抗震设防类别建筑的抗震措施，应符合相应要求：甲类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；乙类，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施，但抗震设防烈度为9度时应按比9度更高的要求采取抗震措施；丙类，应按本地区抗震设防烈度确定其抗震措施；丁类，允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低其抗震措施，但抗震设防烈度为6度时不应降低。

不同抗震设防类别的建筑，其抗震措施的提高和降低，应包括除地震作用计算和抗力计算外的所有规定，与场地条件无关；而抗震构造措施只是抗震措施的一部分，其提高和降低的规定仅涉及到抗震设防标准的部分调整问题，在Ⅰ类场地0.15g和0.30g的Ⅲ、Ⅳ类场地条件下，还需做局部调整。

根据《建筑抗震设计规范》的要求，建筑物所处场地不同，其抗震构造措施的确定应作出相应调整。下附表1汇总了乙、丙类建筑与场地相关的抗震构造措施的调整要求。

二、关于延性

延性是指非弹性变形能力，结构总体延性是指整个结构体系承受变形的能力，多用位移表示。延性结构在达到最大承载力后，能够经受很大变形，有较长的平台段，在承载力没有显著降低的情况下，还能经历很大的非线性变形后所发生的破坏，在破坏前能给人以警示。

现行《建筑抗震设计规范》的抗震设防目标是“三水准”，“小震不坏”可以通过结构的抗震承载力验算予以实现；而在遭遇到罕遇地震的影响时要达到“大震不倒”的设防目标，则主要依靠结构的延性。所以，在概念设计中特别强调结构延性的重要意义。当然，允许结构出现较大的弹塑性变形，将造成结构一定程度的损害。因此，我们应将发生概率较大的小震作用下的变形限制在弹性变形范围内，将发生概率较小的中震作用下的结构变形限制在可修范围内，而将发生概率很小的大震作用下的结构变形限制在不倒的范围内。也就是说，只允许在中震、大震作用下利用结构延性。

一个结构抵抗强烈地震的能力强弱，主要取决于这个结构对地震能量“吸收与耗散”能力的大小。要使结构在遭遇强烈地震时具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件均具有很高的延性。然而，在实际工程中很难完全做到这一点。有效的办法是，有选择地重点提高结构中的重要构件以及某些构件中关键部位的延性。设计时有意识地设置一系列有利的屈服区，使这些并不危险的部位首先形成塑性铰，把能量耗散在整个结构的平面和高度方面上，这样结构既可承受反复的塑形变形而又不倒塌，仍具有一定的承载能力。这种能力主要依靠结构在有利部位产生塑性铰，即将塑性铰控制在一些预定部位从而保护主要承重体系，否则塑性铰的出现可能使结构成为可变的机构而失去承载能力，引起过早倒塌。

三、控制结构延性的具体途径

《建筑抗震设计规范》将延性要求分成四个层次：最好、好、较好、一般。将钢筋砼结构分成四个抗震等级：一级、二级、三级、四级，不同的抗震等级体现了结构延性要求的不同。《建筑抗震设计规范》采用两种具体途径来控制结构的延性，保证结构的抗震性能：通过“内力调整”（抗震措施）来控制构件的破坏形态；通过规定具体的“构造措施”来实现其他延性要求。

“调整内力”材料、构件或结构的破坏可分为脆性破坏和延性破坏两类。通过研究发现，砼构件如框架梁、柱在地震作用下的破坏有两种形式：弯曲破坏和剪切破坏。弯曲破坏是纵向主筋屈服引起的，延性好，属于延性破坏；剪切破坏是混凝土破坏，延性差，属于脆性破坏，所以《建筑抗震设计规范》通过“强剪弱弯”来避免剪切破坏。具体实施是：通过调整剪力设计值，即取V＝ηvb（MLb+Mrb）/ln+VGb，并且通过对调整系数ηv的取值大小来体现对不同层次延性要求的差别。由于“柱铰机制”的延性不如“梁铰机制”，所以《建筑抗震设计规范》通过“强柱弱梁”来实现“梁铰机制”。具体实施是：通过调整弯矩设计值，即取ΣMc=ηcΣMb，并且通过调整系数ηc的取值大小来体现对不同层次延性要求的差别。（见附表2）

从表中横向看，自左向右调整系数η的值依次在减小，这表明对延性的要求在降低。

从表中竖向看，相同的延性要求，其调整系数η的值不同，这是反映控制屈服顺序的考虑，即允许先屈服的调整系数低。

《建筑抗震设计规范》通过大量的“构造措施”来实现结构的延性，这些规定亦是分成四个层次来满足不同的延性要求，现列出框架柱的两个具体规定，见表附3。

从表中可以看出，这两项构造措施的变化规律是不同的，轴压比小则延性好，而最小配筋率高则延性好。

附表1 乙、丙类建筑的抗震措施和抗震构造措施

附表2 《建筑抗震设计规范》中的系数η的取值

附表3 框架柱部分构造措施的具体规定