时间：2023-07-14 17:35:02
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇混凝土结构抗震设计规范，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】水工；混凝土；结构；抗震；安全；
1、引言
随着社会经济的快速发展，我国水利水电工程也取得巨大进步，尤其是近些年我国西部建设了许多大型水利水电工程，处于强震区的工程必须要考虑抗震设计，在水工建筑物抗震设计方面也积累一定工程实践经验，也出现了很多新的问题。自1997年以来颁布了《水工建筑物抗震设计规范》，为水工建筑物抗震提供相关标准和规范，但是我国对于水工混凝土结构抗震方面依然存在诸多关键技术无法突破的难题，对水工混凝土结构抗震进行研究和探讨具有重要意义。
2、水工混凝土结构抗震设计
目前而言，有关水工混凝土结构抗震研究主要集中在以下几个方面的问题：
2.1设计地震烈度
有关设计地震烈度，有两种看法：一是地震荷载是一种常态，需要对水工结构安全进行复核，对水工混凝土坝要根据地面加速度为0.1g进行校核；二是认为混凝土动态抗拉、抗压强度在增大的前提下，地震发生地基吸收能量，所以混凝土坝的实际抗震能力不必按照线性弹性分析的结果进行，因此也几乎没有多大破坏力。比如美国下水晶泉曾发生8.3级大地震，但是坝体几乎没有受到任何破坏。经过分析和计算认为，拱坝的抗震性能最佳，其次是重力坝，然后是支墩坝。
然后对分区地震烈度进行划定，按照地区历史地震情况以及地址构造等，对未来有可能发生的最大地震进行划分；最后进行地震应力分析，需要借助计算机对参数进行计算，一些复杂的结构进行简化，不仅要对地震资料进行分析，而且要选择科学合理的计算方法，并且对材料动力特性进行研究。
2.2水库诱发地震
水工混凝土进行建设时需要对诱发地震的可能性进行仔细研究，假如附近曾经发生地震，那么水库蓄水后地震活动的频度和烈度要高于正常水平，震源也在附近。地震活动和水库的水位存在一定关系，如果水库的深度大于一百米时则诱发地震比较显著，水位增加速度和持续时间都是重要影响因素。
2.3混凝土动力特点
混凝土强度和加载速度有很大的关系，根据变形率进行计算，段十年内发生剧烈应力变化，强度会有明显提高。加载速度是1s或者是经过几个小时的破坏，混凝土强度相差30%，混凝土短期抗压强度得到提升，这一点和其塑性变形有关。正常而言，混凝土强度和时间呈现出线性关系。相关设计规范中标明水工抗震规范影响系数可以取值为1，对结构强度进行计算，水工混凝土结构的抗拉强度安全系数可以取值稍大于1，因为其中需要考虑到动力荷载作用。
2.4结构模型试验
模型比例大部分情况选择1：100，模型上选择激振器进行激振，也可以将其放置在振动台上，如果上游有水库，则模拟时水库长度必须要是其深度的3倍以上，模型材料容重要求和实际情况一致，容重是2.4t/m?，模型和原型的应变比例，模型材料是石膏，性能比较可靠，其变形接近混凝土，便于加工。
2.5原型振动试验
一般而言，混凝土水工结构抗震设计研究需要进行原型振动试验，以此掌握水工混凝土结构的自振特性，比如振型、频率以及阻尼比等，然后和工程数据进行复核。激振方式包括强迫力激振和自由衰减振动激振。
2.6混凝土重力坝自振周期进行估算
一般而言，混凝土重力坝自振周期是水工混凝土结构抗震研究的前提，有关混凝土重力坝自振周期计算公式有以下几种：
（1）克希荷夫公式
比如，湖南镇水电站混凝土梯形坝的自振周期进行计算，其参数是H=130m，B=115m， =2.4t/m?，E=2500000t/O，计算 为0.295s。经过模拟实验结果为0.293s，结果比较接近。
3、水工混凝土结构抗震研究进展
水工混凝土结构抗震研究涉及诸多学科，相关理论、公式、计算方法、仪器设备等都是以工程实践理论为前提进行集成再创新，目前而言水工混凝土结构抗震主要集中在地震动输入、结构地震响应以及结构抗力三个方面。
3.1 地震动输入
水工混凝土结构抗震中地震动输入是基础研究工作，具体包括大坝抗震设防水准框架进行制定、场址地震动参数进行确定、坝址地震动输入机制。其中，大坝抗震设防水准框架的制定涉及到概率论方法，结合我国实际国情，以及水工混凝土结构特点，建立和完善的相关标准框架体系，其中需要考虑接近断裂大震、水库地震等问题。
3.2 结构地震响应
结构地震响应是水工混凝土结构抗震研究的重中之重，一般而言是通过理论分析和公式计算，然而要考虑到的是地震和水工混凝土结构过于复杂，尽量利用室内外试验，或者是现场实测进行校核和验证，还可以通过震害工程实例，以及强震观测记录进行校验。其中，涉及到结构抗震动力进行分析；结构抗震的动力模型试验；现场测振试验以及地震监测；水工抗震设计规范等。
3.3 大坝混凝土动态抗力
水工混凝土结构抗震在大坝混凝土动态抗力方面的研究相对而言比较少，这是研究中较少覆盖的一个方向。水工混凝土结构动态抗力研究主要集中在大坝混凝土全级配大试件动态抗折试验、大坝混凝土动态损伤机理、大坝混凝土三维动态细观力学分析、CT技术应用等方面。
4、结语
总而言之，我国对水工混凝土结构抗震研究还存在诸多问题，一方面缺乏工程实践案例，另一方面一些关键技术也难以攻克，在目前抗震研究追不上工程建设规模和发展的前提下，水利工程建设依然存在较高的风险。所以，我们要加大对重大工程抗震安全保障的应对，认真分析过去在水工混凝土结构抗震研究中取得的经验，总结经验、克服障碍，为抗震安全保障提供支持和帮助。
参考文献
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[6] 许涛，侯建国，安旭文.关于《水工混凝土结构设计规范》轴心受压和小偏压构件相关问题的探讨[J]. 武汉大学学报（工学版）. 2008（S1）
关键词：钢筋混凝土；规范；截面设计；受剪承载力；抗震设计
Abstract: The United States and Europe and other developed areas relative to other countries for making the process more complicated, Chinese norms on the basis of according to their own conditions, to make some adjustment and change. In order to further study and draw lessons from, the materials, loads, the shear bearing capacity of oblique section and seismic aspects introduces concrete structure Chinese standard and American Standard of different.
Key words: reinforced concrete; specifications; section design; shear strength; seismic design
参考文献:TU37 献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02
中国的混凝土设计规范，是由中国建筑科学研究院会与有关单位经共同调查研究，参考有关国际标准，总结实践经验，并在广泛征求意见的基础上修订完成的。ACI成立于1904年，致力于有关混凝土和钢筋混凝土结构的设计、建造和养护技术的研究。经过对比中国混凝土设计规范与ACI规定的混凝土设计规范，将其不同点总结如下：
材料
（一）、混凝土
在ACI规范中，以直径为152.4mm、高304.8mm的标准圆柱体试块在标准实验室条件下养护28天的强度作为混凝土抗压强度的标准值。而在中国的混凝土结构设计规范中，采用边长为150mm的立方体试块在（20 ±3）℃的温度和相对湿度90%以上的空气中养护28天后的强度作为混凝土强度测定的基本指标，并且把立方体的抗压强度作为评定混凝土强度等级的标准[1]。由于混凝土内部的不均匀性，加之安装试件时的偏差不容忽略，导致测定抗拉强度困难，因此国内外均采用圆柱体或立方体的劈裂试验来间接测试混凝土的轴心抗拉强度。
（二）、钢筋
ACI规范中的钢筋号码用#表示，实际上表示了钢筋的直径，例如：3号钢筋（#3）表示直径为3／8英寸的钢筋[2]。 ACI规范规定的钢筋分为3个级别：40级、60级以及75级，屈服强度分别为280、420、520Mpa。中国《混凝土结构设计规范》规定，用于钢筋混凝土结构的国产普通钢筋一般采用热轧钢筋，用于预应力混凝土结构的钢筋可采用预应力钢绞线、消除应力钢丝或热处理钢筋。根据其力学指标的高低，热轧钢筋可分为四类：HPB235级、HRB335级、HRB400级和RRB400级。另外，ACI规范中钢筋保护层厚度的取值大于我国规范取值。
中国混凝土结构设计规范进行承载力计算时采用抗拉强度设计值，而ACI规范采用抗拉强度标准值。
二、荷载系数和强度折减系数
从实质上看，ACI的结构混凝土设计所用的可靠度表达式与我国规范中的可靠度表达式有一定的相似之处，但在设计荷载与设计材料强度的取值水平与可靠度的表达方式上又有着不容忽视的区别。以某个构件的截面设计为例，ACI规范中“作用”一侧也是以荷载产生的效应为依据，并将其乘以荷载系数，同时应考虑不同的荷载组合。而在“抗力”一侧，ACI规范采用由各类材料的标准值计算得出的“名义强度”乘以一个小于1的降低系数来获得设计强度，即
γiWi≤φiRn
式中：γi—与荷载种类相应的荷载系数；
Wi—各种荷载所产生的效应；
φi—构件强度折减系数
Rn—构件的名义抵抗力。
在上式中，φ起的作用类似于我国通过材料分项系数将各类材料的标准值降低为材料的设计值，即γ×S≤R，γ即为小于1的材料分项系数。需要注意的是，ACI规范和中国的混凝土设计规范中各类材料的强度标准值的取值原则也是不同的。另外，两种规范荷载的组合分项系数也不同，例如，中国混凝土结构设计规范中，恒载的分项系数为1.2，活荷载的分项系数为1.4；而在美国ACI规范中，恒载的分项系数为1.2，活荷载的分项系数为1.6 。
在强度保证率方面，中国规范规定的钢筋与混凝土的材料强度的标准值均应具有不小于95%的保证率，标准值表达式为fk=μ-1.645σ。而ACI规范中，要求钢筋测定的最低值不应低于要求的设计值，根据统计理论而推定的保证率达99.9%，其正态分布位数为3.00，表达式为fk=μ-3.00s。
关于斜截面受剪承载力的对比
对于无腹筋梁：美国规范中：
中国规范中：对于集中荷载作用下的无腹筋梁，；对于均布荷载作用下的无腹筋梁，。
对于有腹筋梁，两种规范均认为受剪承载力等于混凝土贡献的部分与腹筋贡献的部分相加得到。
美国规范：
中国规范：对于集中荷载作用下的有腹筋梁：；对于均布荷载作用的有腹筋梁：。
中国混凝土结构设计规范中斜截面受剪承载力计算公式有集中荷载与均布荷载之分，在实际设计中需分开计算，而且对于均布荷载作用下的梁，没有考虑剪跨比和纵筋配筋率的影响，而ACI规范采用由计算截面弯矩与剪力的比值来统一剪跨比的计算，从而将各种荷载情况的受剪承载力计算用一个公式予以表达，从这一点看，美国规范受剪承载力设计公式考虑的因素较为全面，且避免了实际设计中的混淆。
无论对于无腹筋梁还是有腹筋梁，美国规范受剪承载力计算公式的保证率均高于中国规范，并且随着配箍特征值的增大，中国规范与美国规范的受剪承载力保证率差距也越大。
关于抗震设计的差异
美国的两本主要的抗震设计规范是IBC2006与UBC1997，与中国的抗震设计规范GB50011—2010在制定目标和技术细节上都有些许的不同。本文以UBC1997为例。UBC1997的抗震设防目标是“避免结构倒塌和人身伤亡”，以50年超越概率10%的地震作用为基准设防地震作用，地震设计重现期为475年。我国《建筑抗震设计规范》采用“三水准设防目标”，即小震不坏，中震可修，大震不倒，分别对应以50年超越概率63%，10%和2%的地震作用。
关于场地的分类，按照场地的剪切波速，中国规范将场地分为Ⅰ—Ⅳ四类，而UBC将场地分为SA—SF五类，相应于IBC的A—F五类。
总结
本文仅较浅显的反应了中美两国在混凝土结构设计中几个方面的差别，其不同之处还有很多。近年来随着我国经济及技术的发展，我国在国际上所承担的工程项目越来越多，很多国家都采用美国规范进行设计，因此了解美国规范与中国规范的不同对于我国的设计人员越来越重要。
参考文献
1钢筋混凝土排架设计的研究现状
目前钢筋混凝土排架结构在设计分析方面仍面临很多挑战，为能解决这些可能遇到的问题，很多学者对钢筋混凝土排架结构设计上做了研究。在唐山大地震中，大多数以钢筋混凝土排架结构为主的工业厂房结构柱破坏，造成很大的损失和伤亡，此后，我国学者钢筋混凝土排架结构开始进行深入的分析与研究。研究的内容如下:地震局工程力学研究所对排架结构进行了有机玻璃模型的具体分析;李树祯等采用弹塑动力时程分析方法对横向单棍的排架结构进行分析，认为钢筋混凝土排架结构用普通的设计方法可满足抗震的基本要求，但从概率角度出发，其可靠度相对较低，地震作用下部分构件可能超过强度而严重破坏，“强柱弱梁”整体厂房还做不到;西安建筑科技大学共同对变柱变梁异型平面节点、钢筋混凝土框排架结构柱和带直交梁空间节点进行了大量的试验研究，研究结果表明:提出了长柱、短柱、普通混凝土柱以及异型节点承载力在高强混凝土上的计算公式，为改善节点区的配筋及高强混凝土在工程中应用提供了理论依据;目前弹性扭转效应的研究已趋于成熟，各国的规范对结构的弹性扭转效应都有各自的计算方法。对于结构进入塑性扭转，由于塑性扭转效应涉及到对整体结构的空间弹塑性分析的问题，其在这一领域问题较为明显，为钢筋混凝土排架等结构工程领域研究的热点问题。从总体上讲，在钢筋混凝土排架结构设计及理论方面，通过理论研究分析取得了许多有益的结论。但目前排架结构的研究重点仍处于对平面和弹性阶段的研究和分析，目的是能将空间计算问题尽量简化为平面的简单问题计算。由于钢筋混凝土排架结构的自身复杂性、专业性和特殊性，当前仍然有很多问题有待解决，如:塑性扭转效应和非线性分析问题;当前抗震性能的试验在钢筋混凝土排架整体结构领域进行较少，在排架结构的设计中，抗震设防的理论有待进一步完善;在排架结构处于塑性区后，其抗震能力发生变化，这一现象在结构扭转效应表现突出;此外，对排架与框架相互结合剪力墙结构的研究涉及较少，对框排架的工作性能及受力特点有待进一步的更多的研究和分析;钢筋混凝土框排架结构中框架与排架的协同工作受力情况较为模糊。
2我国目前规范对钢筋混凝土排架设计的不足
在钢筋混凝土排架结构的抗震设计方面，GB50191—2012构筑抗震设计规范和GB50011—2010建筑抗震设计规范指导规范不同地域、不同排架结构的抗震设计。本文结合《构筑抗震设计规范》的具体条文，阐述了目前规范中钢筋混凝土排架结构中设计的不足和缺陷。有关排架结构上部屋架结构计算的规定有:
1)《构筑抗震设计规范》6．2．19条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应该考虑屋架下弦的拉压效应对结构的影响并核算屋架承载力;
2)《构筑抗震设计规范》6．2．22条规定，针对Ⅲ，Ⅳ类场地和8度、9度时，应验算变形产生的附加内力。上述两点叙述，规范使用“应”字，因此应考虑建立合适的屋架和支撑的杆系模型，否则无法得出上述内力值。在钢结构排架设计方面，钢排架结构施工进度快，造价低，但以后要经常维护保养。框架结构施工复杂，造价高，后期维护工作量低。在工程建设中，钢架也就是在排架柱方向通过设置联系梁或桁架的方式使排架柱方向形成可以抵抗纵向力下变形的钢框架(局部开间或连续开间)，具体做法可采用实腹联系梁或格构桁架———根据可设置高度选用，采用门式柱间支撑，可以留出工艺空间，还能对柱平面外予以加强。但我国处于高度使用水泥的情况，环境污染日益严重，从节能减排方面讲，钢排架结构应作为首选，但规范未给具体说明。
3结语
我国的设计规范应参考美国、德国等发达国家，在参数获取、计算方法、经验公式应有一定的了解，并应用于我国目前排架结构建设中所面临的问题。特别是参数获取方面，我国的试验仪器虽然在测试方法、测试技术上位于世界领先水平，但试验设备制造水平，测试结果的精度有待进一步的提高。虽然钢筋混凝土结构有较好的经济优越性，但从长远的角度出发，采用钢结构的排架结构更适合我国的发展。《构筑抗震设计规范》中电厂排架结构的设计应采用侧向框排架结构，其相关的规范内容较为全面，可以作为抗震设计的依据;对单跨排架的使用范围，《构筑抗震设计规范》中有明确的详细规定，这使得钢筋混凝土排架结构在布置方案选择上相对灵活;排架计算的内容在《构筑抗震设计规范》中相对比较完整，有关弹性位移、塑性位移、局部内力的计算等方面已有一定的深度;有关支撑结构的构件计算长度取用的问题，《构筑抗震设计规范》中仍没有明确的计算方法，因此行业对此应进行进一步的深入研究。
作者:李晓鑫单位:山西省化工设计院
关键词：扭转 位移 预应力 次内力 裂缝
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
引言
本建筑“综合楼”位于鄂尔多斯市某拟建煤化工工厂厂区西部，是一座建筑面积约13400平米的钢筋混凝土综合性建筑。该建筑本着精简、节约、集中的原则，将中央控制、分析化验、安全环保及办公部分等功能合并、组合于一个建筑内，形成中央控制、分析化验及安全环保、公共活动、内庭院、办公等五大功能分区。平面设计上，建筑整体采用回字型布局（见图0-1建筑平面图），中部内庭院设置园林景观，顶部开放，与天际通透，美化办公环境，达到人与自然的和谐统一。建筑一层为生产控制功能和分析化验功能区，二层为分析化验，三、四层为办公区域。剖面设计上，建筑室内外高差做到1.2米，除主控室层高10.2米外，各层层高皆为5.1米，建筑总高度为23.1米（见图0-2建筑剖面图）。一层中控室大空间使用功能要求内部不设立柱，故其上第三、四楼层及屋面层无框架柱支承，形成贯穿一、二两层、长36米宽18.6米（即最大梁跨）的大空间区域（见图0-2建筑平面图阴影区域）。为安全可靠、经济美观地实现建筑设计理念，结构设计过程中对出现的诸多问题进行了认真的分析和有益的探索，并采取了实用的处理方法。
图0-1建筑平面图（一层）
图0-2建筑剖面图
1. 整体结构问题处理和分析
1.1 通过布置抗震墙调整结构扭转位移性能
本结构抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，抗震设防分类为乙类。设计过程中曾尝试不布置抗震墙，仅通过增大结构周圈框架梁的截面来增大框架结构的刚度，以期满足层间位移角限值要求、改善结构整体扭转效应，但效果不理想，遂最终采用在结构四角布置少量抗震墙的处理方法（见图1-1结构抗震墙布置），效果良好。图1-2和图1-3分别为布置抗震墙前后结构平动和扭转系数及振动周期。
图1-1结构抗震墙布置
图1-2 未布置抗震墙结构平动和扭转系数及振动周期（SATWE）
图1-3 布置抗震墙后结构平动和扭转系数及振动周期（SATWE）
分析以上计算数据：未布置抗震墙结构第一振型扭转系数为0.60，即结构第一振型以扭转为主，同时第一扭转自振周期与第一平动自振周期之比Tt/T1=0.9984/0.9808=1.02＞0.9，不符合现行《建筑抗震设计规范》（GB 20011-2010）[1]的要求（虽然周期比为高层建筑设计控制参数，但对本结构设计仍不失指导意义），结构扭转效应明显；布置抗震墙结构第一振型扭转系数仅为0.03，即结构以良好的平动为主，同时第一扭转自振周期与第一平动自振周期之比Tt/T1=0.3735/0.7251=0.52＜0.9，符合规范要求。以上分析结果显示，结构在合理位置布置少量抗震墙即可大大改善结构整体扭转效应，增强了结构的抗震性能，同时对建筑造价影响甚小。
另外，对于框架与抗震墙组成的结构的抗震等级的确定，现行《建筑抗震设计规范》给予了较为明确的规定：第一，个别或少量框架，抗震墙的抗震等级按抗震墙结构确定，框架的抗震等级参照框架-抗震墙结构的框架部分确定；第二，框架与抗震墙的数量较为均衡时，框架和抗震墙的抗震等级分别按照框架-抗震墙结构的框架部分和抗震墙部分确定；第三，墙体很少，框架的抗震等级按框架结构确定，抗震墙的抗震等级与框架的抗震等级相同。本结构，底层框架部分所承担的的地震倾覆力矩占结构总倾覆力矩的90％，远远超过50％，按上述第三种情况的规定确定框架部分和抗震墙部分的抗震等级。
1.2 结构平面不规则问题处理
本建筑伸缩缝南北两侧模型均为平面不规则（扭转不规则、凹凸不规则、楼板不连续）。根据现行《建筑设计抗震规范》规定，扭转不规则，应计及扭转影响，目前中国建筑科学研究院PKPM之SATWE分析程序自动考虑扭转耦联，计及扭转影响后本结构满足扭转位移比1.5限值要求；对于凹凸不规则和楼板不连续问题，本结构部分区域楼板采用弹性膜计算模型分析（对于位移比、周期比、楼层侧向刚度比控制时仍然采用强制刚性楼板假定）（见图1-4楼板弹性膜指定区域），考虑楼板平面内实际刚度，平面外刚度为0，符合楼板平面内实际刚度变化。
图1-4楼板弹性膜指定区域
1.3预应力结构整体分析实用处理方法
大跨区域主框架梁（跨度18.6米）采用后张法现浇混凝土预应力梁，在未拥有预应力结构专用分析软件的条件下，如何利用普通混凝土结构分析软件对预应力混凝土结构作合理准确的整体分析成为结构设计的难点。结构整体分析时模型中预应力梁必然只能以非预应力构件代替，由于结构整体分析结果仅与构件材料和截面有关，故确定受预应力影响的相关构件（预应力梁所在一榀框架的梁柱）截面为关键，设计过程中采取的处理思路如下：
（1）.初步确定各构件截面，用普通混凝土分析软件进行结构整体分析，得出外荷载（恒荷载、活荷载）作用下的大跨梁内力；
（2）.根据已得出的外荷载（恒荷载、活荷载）作用下的大跨梁内力，与张拉预应力钢筋引起的次内力（次弯矩和次剪力）进行组合，分析计算预应力梁，确定预应力梁截面；
（3）.同时分析评估预应力次内力（次弯矩和次剪力）对同一榀框架其余非预应力梁柱的影响（即次内力分配），确定其截面；
（4）.按以上分析确定的构件截面，用普通混凝土结构分析软件进行最终结构整体分析，评估结构方案的合理性。
需要指出的是，在利用普通混凝土结构分析软件计算梁内力时忽略了实配预应力钢筋对构件刚度的影响，从而间接影响了内力计算的精度，但从满足工程要求的角度考量，这样处理亦是可行的。
2. 局部结构问题处理和分析
2.1 大跨区域的实现方法
井字梁体系是实现大跨区域结构布置的常用方案。井字梁体系的核心在于合理处理井字梁与周边支座构件的连接，尤其是与柱的连接。井字梁与柱的连接处理一般可采取“避”或“抗”的方式[2]，经分析，本结构无论采取何种方式均不可行。避（井字梁与框架柱不相交）：本结构大跨区域双向长度差异过大，双向井字梁受力极不均衡，不利于整个井字梁体系形成有利的拱作用，同时井字梁要求双向梁等截面还会造成不经济；框架柱顶无支承对本结构极为不利，柱计算长度过大，除非靠近柱位的区格板加强处理，如此将使整个体系复杂化。“抗”（井字梁与框架柱相交）：柱截面较大，与较小截面的井字梁刚度差异悬殊，将使梁柱节点区域成为受力薄弱点，在地震作用下破坏快；由于本结构跨度达18.6米，必然造成井字梁支座，即梁柱节点配筋较大，不便施工。因此，最终本结构在大跨区域的结构布置方案选择中采用了主次梁现浇梁板体系，横向采用后张法现浇预应力框架梁，纵向采用现浇非预应力框架梁及次梁，楼板采用现浇楼板。
2.2 预应力对相关构件的影响
预应力钢筋张拉作用的端部预加力Np将引起框架梁支座反力（即次反力），由次反力引起的结构内力即为次内力（次弯矩和次剪力）。次内力将根据框架结构各杆件刚度比进行内力分配。根据现行《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）[3]规定，后张法预应力混凝土超静定结构，在进行承载力计算时，应考虑次内力参与组合：当次内力对结构不利时，预应力次内力分项系数取1.2，有利时取1.0。本结构设计按上述原则分别对支承框架柱、远端边框架柱及相邻非预应力梁进行次内力参与组合的分析计算，即用次内力与由外荷载（恒荷载、活荷载、地震作用、风荷载）引起的内力（在SATWE中提取控制组合内力）进行组合，复核截面和配筋。
（1）.预应力次内力对支承框架柱的影响处理
根据预应力梁分析计算结果，支承框架柱次内力数值较大，其影响不可忽略。表2-1和表2-2分别为本结构支承框架柱预应力次弯矩和次剪力组合表。
从上表可以看出，本结构次内力对支承框架柱的影响绝大多数是有利的，不利影响相对较小。
（2）.预应力次内力对远端边框架柱的影响处理
依据预应力梁分析计算结果，本结构远端边框架柱次弯矩和次剪力值明显小于外荷载引起的内力，故可忽略预应力次内力影响，不影响工程计算结果。
（3）.预应力次内力对远端边框架梁的影响处理
依据预应力梁分析计算结果，本结构相邻非预应力框架梁次弯矩和次剪力值明显小于外荷载引起的内力，故可忽略预应力次内力对相邻非预应力框架梁的影响，不影响工程计算结果。
从以上分析可以看出，根据内力分配原理，预应力对同榀结构的相关构件（主要是支承柱、相邻梁、远端梁柱）的内力影响是客观存在的，虽然本结构次内力对工程设计结果的实际影响较小，但在特定情况下（如预应力梁与相邻梁的刚度差异较小时）其影响不可忽略，设计过程中应予以充分重视。
2.3 预应力钢筋布筋方式选择
预应力结构的布筋方式处理是预应力结构设计的基础性问题。本结构预应力梁支座弯矩与跨中弯矩相差不大，适于采取正反抛物线预应力布筋方式，两端钢筋曲率相反，并在反弯点处相接并相切，有利于减少预应力钢筋的摩擦损失[4]。图2-1为本结构预应力钢筋布筋方式简图。
图2-1预应力钢筋布筋方式简图
3. 裂缝控制要求对预应力混凝土结构构件设计的影响
长期以来，预应力混凝土结构构件的截面和配筋超大的情况非常严重，究其根本原因在于我国混凝土结构设计规范对占多数的二级裂缝控制等级的结构构件要求过于严格。2002版《混凝土结构设计规范》（GB 20010-2002）[5]规定：二级为一般要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合计算时构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土轴心抗拉强度标准值；按荷载效应准永久组合计算时，构件受拉边缘混凝土不宜产生拉应力。预应力混凝土梁的配筋，多数情况下是由重力荷载组合控制的，同时又是由最大弯矩截面（通常是内支座截面）的抗裂度控制而不是由承载力控制，对于大多数按老规范二级裂缝控制等级要求设计的梁仅预应力筋本身就己超出受弯承载力要求；而现行《预应力混凝土结构抗震设计规程》（JGJ 140-2004）[6]又有严格的预应力度限值规定，会相应的大幅加大非预应力筋截面，使得总的配筋量较承载力需求富余更大；同时为了满足较严的受压区高度限值，原来预估的梁的尺寸也必然要求加大，最终结果是梁的实际承载力已经超强过多；为了保证强柱弱梁的抗震原则，框架柱截面和配筋又不得不相应增大，从而造成整个结构体系的扩张和建筑造价的增大。
以本结构屋面预应力梁支座截面设计为例，若按老混凝土设计规范计算：
（1）.本结构屋面梁应按二级裂缝控制等级进行验算，由于作用在屋面梁上的活荷载相对较小，故根据荷载准永久组合效应下满足混凝土拉应力限值要求，估算屋面梁中的预应力钢筋，即满足下式：
（3-1）
即 （3-2）
假定预应力损失为0.2σcon，考虑次弯矩对梁支座截面的有利影响，支座处弯矩设计值乘以1.0的系数：
（3-3）
即裂缝控制条件下预估预应力钢筋面积为2155mm2，实配2919 mm2 （钢绞线）。
（2）.考虑构件抗震延性，按预应力度λ=0.75控制非预应力钢筋量：
（3-4）
实配非预应力钢筋3927 mm2（热轧钢筋825）
（3）.承载力计算方面，考虑次弯矩影响并满足混凝土受压区高度要求的支座处设计弯矩（次弯矩计算过程此处从略）：
（3-5）
确定极限弯矩：
（3-6）
可见从承载力方面看，实配钢筋的承载力余量极大（约超出300％）。
（4）.实配钢筋截面抗裂验算
准永久组合（标准组合此处从略）：
（3-7）
计算结果显示，仅勉强满足老规范对二级裂缝控制等级构件的应力限值要求。可见，若将此设计结果进行工程应用，是极端不合理、不经济的。
综合近年混凝土耐久性试验结果并参考国外相关规范，放松二级裂缝控制等级结构构件要求的理由是充分的：
（1）.施加预应力后，结构构件具有较强的恢复力，已裂结构上的荷载卸去一部分之后，裂缝即可闭合，不影响耐久性；
（2）.横向裂缝对耐久性影响不大，水化水泥可起愈合作用；
（3）.预应力钢筋一般置于非预应力钢筋内侧，其保护层厚度较大，难以锈蚀；
（4）.我国规范规定的裂缝控制标准总体上高于国外规范。
2010版《混凝土结构设计规范》从根本上解决了这一问题，新规范规定：二级为一般要求不出现裂缝的构件，按荷载效应标准组合计算时构件受拉边缘混凝土拉应力不应大于混凝土抗拉强度标准值。新规范删除了老规范中按荷载准永久组合计算构件边缘混凝土不宜产生拉应力的要求，从而使此类预应力结构构件的工程分析方法回归合理的轨道 。国家设计规范的这一改进，必将为完善预应力混凝土结构的设计理论、优化预应力结构设计结果、拓展预应力结构的应用、节约工程造价乃至促进预应力结构的推广起到积极的推动作用。
4. 结论及建议
通过对真实工程实践中遇到的整体和局部问题处理方法的认真分析和有益探索，可以得出以下结论和建议：
（1）.对于建筑结构设计中整理设计方案的选择还是局部设计问题的处理，都应注重结构设计概念的把握，在概念清晰、方向明确的前提下，采用经济合理的设计方案；
（2）.在条件受限的情况下，应积极探索合理实用的方法处理工程中遇到的疑难问题，达到工程精度的要求即可；
（3）.通过本结构的分析可见，预应力对结构的影响不可忽略，特别是对同榀框架近端构件的内力影响应予缜密计算和评估，在结构分析时正确考虑其影响；
（4）.新版《混凝土结构设计规范》对裂缝控制要求的放宽使预应力结构构件的工程分析回归合理的轨道，对于预应力工程应用的推广将产生积极的促进作用。
[参考文献]
[1] GB 50011-2010，建筑抗震设计规范 [S].
[2] 刘军.井字梁屋盖在大跨度框架结构体系中的应用 [J].甘肃科技， 2001，（5）.
[3] GB 50010-2010，混凝土结构设计规范 [S].
[4] 郑文忠 王英.预应力混凝土房屋结构设计统一方法与实例 [M]. 哈尔滨：黑龙江科学技术出版社， 1998.
关键词：短梁；剪切破坏；梁宽；梁高；剪力墙
引言
国家电网公司输变电工程通用设计110（66）～500kV变电站分册的110-A2-1电气平面布置图中，由于变压器室的开间和110kV GIS组合电器室柱的横向布置长度不一致，导致C轴线上两结构柱之间的轴线距离只有1.4米，扣除柱宽0.5米，净距只有0.9米（见C轴线布置图），结构设计中会出现短梁的情况，容易出现梁的剪切脆性破坏，通过增加梁的宽度、增加梁的高度和在柱间增加剪力墙三种方案分析处理，使之符合规范的设计要求，同时比较各种方案的优缺点。
1、C轴线框架短梁正常抗剪能力设计
1.1基本参数
根据[1]《建筑抗震设计规范》中附录A （我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和设计地震分组）查出：扬州抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类，水平地震影响系数最大值αmax=0.45。
C轴线最大跨度为6.6米，梁高h=（1/15～1/8）梁长l，取梁高为0.6米，梁宽b=（1/3～1/2）梁高h，取梁宽为0.25米，短梁跨度1.4米，0.6/1.4
GIS组合电器室活荷载q=10kN/m2
梁混凝土取C35，箍筋取HRB335 。
1.2按照框架梁的计算
根据[2]《混凝土结构设计规范》公式11.3.3-2当跨高比不大于2.5时，其受剪截面应符合下列条件：Vb≤0.15βcfcbh0/γRE ，然而：561×103≥0.15×1.0×14.3×250×540/0.85=340.7×103 该梁出现斜压破坏，不符合规范要求。
2、C轴线框架短梁增加梁宽抗剪能力设计
其余参数不变，梁宽改为0.5米。根据[2]《混凝土结构设计规范》公式11.3.3-2当跨高比不大于2.5时，其受剪截面应符合下列条件：Vb≤0.15βcfcbh0/γRE ，然而：561×103≤0.15×1.0×14.3×500×540/0.85=681.4×103 符合规范要求。
根据[2]《混凝土结构设计规范》公式11.3.4，其斜截面受剪承载力应符合下列规定：Vb≤（0.6αcftb h0+fyv Ayv h0/s）/ γRE，然而：561×103≤（0.6×0.7×1.43×500×540+300×Ayv×540/100）/0.85得出Ayv=194mm2，箍筋取2根直径为12的钢筋（Ayv=226mm2）。 由于梁宽0.5米，梁底面突出墙边，视觉上不美观。
3 C轴线框架短梁增加梁高抗剪能力设计
其余参数不变，梁高改为1米。根据[2]《混凝土结构设计规范》公式11.3.3-2当跨高比不大于2.5时，其受剪截面应符合下列条件：Vb≤0.15βcfcbh0/γRE ，然而：561×103≤0.15×1.0×14.3×250×940/0.85=593×103符合规范要求。
根据[2]《混凝土结构设计规范》公式11.3.4，其斜截面受剪承载力应符合下列规定：Vb≤（0.6αcftb h0+fyv Ayv h0/s）/ γRE，然而：561×103≤（0.6×0.7×1.43×250×940+300×Ayv×940/100）/0.85得出Ayv=119mm2，箍筋取2根直径为10的钢筋（Ayv=157mm2）。
此方案符合抗震要求，外形美观，为最优方案。
4、柱间增加剪力墙抗剪能力设计
柱间增加剪力墙，承受剪力的能力大大增强，[3]但结构中剪力墙的数量极少，此时，框架部分的抗震等级和轴压比应按框架结构的规定执行，剪力墙部分的抗震等级和轴压比按框架-剪力墙结构的规定采用；其最大适用高度宜按框架结构采用。对于这种少墙框架结构，由于其抗震性能较差，不主张采用（注意：这里的“抗震性能较差，不主张采用”，是指与框架-剪力墙结构比较，也即“少量剪力墙的框架结构”的抗震性能要比“框架-剪力墙结构”差，但合理采用包络设计原则后，其抗震性能将比纯“框架结构”有明显的提高），以避免剪力墙受力过大、过早破坏。不可避免时，宜采取将此种剪力墙减薄、开竖缝、开结构洞、配置少量单排钢筋等措施，减小剪力墙的作用。
由于布置少量剪力墙的框架结构在设计原则及具体设计中存在诸多不确定因素，给结构设计和施工图审查带来相当的困难，笔者建议，在规范的补充规定未正式出台之前，结构设计中应尽量避免采用，尽可能采用概念清晰，便于操作且抗震性能较好的框架-剪力墙结构。
5、结论
增加梁的宽度，梁底面突出墙边，视觉上不美观；增加梁的高度，符合抗震要求，外形美观，为最优方案；在柱间增加剪力墙，此方案解决了抗剪，但带来了结构形式改变而产生的地震力集中地问题，不予推荐。
当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，短梁也是易被破坏的构件，我们还可以在梁中增加暗撑，增加其强度。
参考文献：
[1]GB/50011-2010，建筑抗震设计规范[S]
关键词：多层框架； 框架结构； 结构设计； 问题；
Abstract: in this paper, frame structure design process, should focus on some of the problems of control the analysis of the research, and put forward the corresponding treatment measures. Multilayer frame structure as the most common building structure form one of the architecture field widely used.
Keywords: multilayer frame; Frame structure; Structure design; Problem;
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
20世纪90年代以后，随着我国房地产行业的发展和土木工程技术的提高，钢筋混凝土结构在建筑行业得到了迅速发展。随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化，无论是工业建筑还是民用建筑，框架结构在结构设计中遇到的各种难题也日益增多，因而作为一个结构设计者需要在遵循各种规范下大胆灵活的解决一些结构方案上的难点、重点。
1 设计构造方面的问题
（1）框架节点核芯区箍筋配置应满足要求对于规范中规定的框架柱箍筋加密区的箍筋最小体积配箍率的要求，绝大部分设计人员都能给予足够的重视，但对于《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定的“一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10和0.08，且体积配箍率分别不宜小于0.6％、0.5％和0.4％。”设计中经常被忽视，尤其是柱轴压比不大时，常常不满足要求。这一规定是保证节点核芯区延性的重要构造措施，应严格遵守。
（2）底层框架柱箍筋加密区范围应满足《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定：“底层柱，柱根处箍筋加密区范围为不小于柱净高的1/3”。这是新增加的要求，设计中应重点说明。
（3）框架梁的纵向配筋率应注意《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中规定：“当框架梁梁端纵向受拉钢筋配筋率大于2%时，梁箍筋最小直径的数值应比表6.3.3中规定的数值增大2mm。”在目前设计中，这一规定常被忽视，造成梁端延性不足。
（4）框架梁上部纵筋端部水平锚固长度应满足要求《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中规定：“框架端节点处，梁上部纵向钢筋也可采用90º弯折锚固的方式。此时梁上部纵向钢筋应伸至柱外侧纵向钢筋内边并向节点内弯折，其包含弯弧在内的水平投影长度不应小于0.4Lab，弯折钢筋在弯折平面内的包含弯弧段的投影长度不应小于15d。”当框架柱截面尺寸小于400×400mm时，应注意梁上部纵筋直径的选择，否则这一项要求不容易得到保证。
2 多层钢筋混凝土框架结构计算中应注意的问题
2.1 独立基础设计的荷载取值
钢筋混凝土多层框架房屋的基础形式多采用的是柱下独立基础。在基础设计中，合理地选取荷载设计值，是基础结构设计的重要环节。实际工作中，常会出现2种情况：①依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.2.1条指出的“当地基主要受力层范围内不存在软弱黏性土层时，不超过8层且高度在24m以下的一般民用框架房屋或基础荷载相当的多层框架厂房，可不必进行天然地基和基础的抗震承载力验算”的要求，忽略风荷载的影响；②在设计独立基础时，作用在基础顶面上的外荷载（柱脚内力设计值）只取轴力设计值、弯矩设计值而无剪力设计值，甚至只取轴力设计值。工程设计实践证明，这2种情况的设计结果都会导致基础尺寸偏小、配筋偏少。如果在涉及混凝土多层框架房屋的整体计算分析中输入风荷载，让轴力设计值、弯矩设计值和剪力设计值共同作用于柱脚，基础本身及其上部结构的安全就更为可靠。
2.2 基础拉梁层计算模型的选定
用TAT或SATWE等电算程序进行框架整体计算时，对于基础拉梁层无楼板的情况下，楼板厚度应取0，并定义弹性节点，用总纲分析方法进行分析计算。当房屋平面不规则时，虽然楼板厚度取0，也定义弹性节点但未采用总纲分析，程序分析时却自动按刚性楼面假定进行计算，这与实际情况不符，设计过程中要特别注意这一点。
2.3 结构的抗震等级
在工程设计中，多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑，如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等，其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）表6.1.2确定。对于电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑，可首先根据《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2004）确定其中哪些建筑属于乙类建筑（可能还有甲类建筑，本文不涉及）。若为丙类建筑，其地震作用均按本地区抗震设防烈度计算；若为乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为Ⅵ～Ⅷ度时，抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提高I度的要求。例如，位于Ⅷ度地震区（如北京）的乙类建筑，应按Ⅸ度由《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）表6.1.2确定其抗震等级为一级；当Ⅷ度乙类建筑的高度超过表6.1.2规定的范围时，还应经专门研究，采取比一级抗震等级更有效的抗震措施。
2.4 地震力的振型组合数
地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，至少要取3，且为3的倍数；振型数也不能取的太多，不能多于结构有质量贡献的自由度总数（每个刚性板取3个，每个弹性节点取2个）。例如全部为刚性楼板的结构，振型数不能超过楼层数的3倍，否则可能出现异常。《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）规定：抗震设计时，B级高度的高层建筑结构、混合结构和本规程第10章规定的复杂高层建筑结构，宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应，振型数不应小于15，对多塔楼结构的振型数不应小于塔楼数的9倍，且计算振型数应使各振型参与质量之和不小于总质量的90%。当结构楼层数较多或结构层刚度突变较大时，如高层、错层、越层、多塔、楼板开大洞、顶部有小塔楼、有转换层、有弹性板等复杂结构，振型数应相对多取。只有当定义弹性楼板，且采用总刚分析，必要时振型数才可以取得较少。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90％所需的振型数。SATWE等电算程序已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用，选取振型数时比较随意，这是应当改进的。此外，对于耦联计算，可在必要时补充非耦联计算。
2.5框架结构应注意带楼梯、电梯的小井筒的设计
多层框架结构应尽量避免设置钢筋混凝土楼梯、电梯小井筒。因为钢筋混凝土井筒的存在会吸收较大的地震剪力，相应地减少框架结构所承担的地震剪力，而且井筒下的基础设计也比较困难，故在设计过程中这些井筒多采用构造柱夹砌体材料做填充墙形成隔墙。当必须设计为钢筋混凝土井筒时，井筒墙壁厚度应当减薄，并通过开竖缝、开结构洞等办法进行刚度弱化；配筋也只宜配置少量单排钢筋，以减小井筒的作用。设计计算时，除按框架确定抗震等级并计算外，还应按带井筒的框架（当平面不规则时，宜考虑耦联）复核，并加强与井筒墙体相连的柱子的配筋。此外，还要特别指出，对框架结构出屋顶的楼电梯间和水箱间等，应采用框架承重，不得采用砌体墙承重；而且应当考虑鞭梢效应（按塔楼考虑）乘以增大系数；雨篷等构件应从承重梁上挑出，不得从填充墙上挑出；楼梯梁和夹层梁等应承重在柱上，不得支承在填充墙上。
2.6 柱部分
（1）地上为圆柱时，地下部分应改为方柱，方便施工。圆柱纵筋根数最少为8根，箍筋用螺旋箍，并注明端部应有一圈半的水平段。方柱箍筋应使用井字箍，并按规范加密。角柱、楼梯间柱应增大纵筋并全柱高加密箍筋。幼儿园不宜用方柱。
（2）原则上柱的纵筋宜大直径大间距，但间距不宜大于200。
（3）柱内埋管，由于梁的纵筋锚入柱内，一般情况下仅在柱的四角才有条件埋设较粗的管。管截面面积占柱截面4%以下时，可不必验算。柱内不得穿暖气管。
（4）柱断面不宜小于450×450，混凝土不宜小于C25，否则梁纵筋锚入柱内的水平段不容易满足0.4La的要求，不满足时应加横筋；而且在梁柱节点处钢筋太密，混凝土浇筑困难。异型柱结构，梁纵筋一排根数不宜过多，柱端部纵筋不宜过密，否则节点混凝土浇筑困难。当有部分矩形柱部分异型柱时，应注意异型柱的刚度要和矩形柱相接近，不要相差太大。
（5）柱应尽量采用高强度混凝土来满足轴压比的限制，减小断面尺寸。
（6）尽量避免短柱，短柱箍筋应全高加密，短柱纵筋不宜过大。
（7）考虑到竖向地震作用，柱子的轴压比及配筋宜留有余地。
（8）独立柱上或柱的中部（半层处）有挑梁时，挑梁长度应有限制。
结束语
钢筋混凝土框架结构虽然相对简单，但设计中仍有很多需要注意的问题，只有熟练地掌握规范，并具有良好的结构概念，才能设计出既安全又经济适用的优秀作品。
参考文献：
[1]建筑抗震设计规范GB50011～2010[S]．中国建筑工业出版社，2010．
[2]混凝土结构设计规范GB50010～2010[ S]．中国建筑工业出版社，2011．
关键词： 混凝土结构； 抗震； 设计
Abstract: the 1556 earthquake, 1920 year the haiyuan fault earthquake, 1976 tangshan earthquake, 2008 wenchuan earthquake made the people's life and property of the losses suffered amazing, cause bloody disaster. Investigate its reason, is mainly because the building is not strong enough, earthquake caused a collapse. In our population is concentrated urban areas and reinforced concrete structure are dominant, so strengthening the study of seismic performance is ever more important. Seismic design including sure structure scheme, earthquakes and the seismic design of components, this code reflect part after. Seismic design emphasizes concept design, in static design, and on the basis of the seismic grade according to the request, and consider the seismic damage component on the characteristics of the capacity design, avoid shear, crushing caused the ductility destruction; And through the cross section control condition, bearing capacity calculation adjustment coefficient and reinforcement measures such as structure be implemented. This paper introduces the materials, beams and columns, walls, pre-stressed beam of the seismic design, etc.
Keywords: concrete structure; Seismic; design
中图分类号：TU973+.31文献标识码：A 文章编号：
1 一般规定
1．1 抗震等级
抗震等级是抗震设计的基础，根据规范分工，由《建筑工程抗震设防分类标准》( GB 50223-2008)及《建筑抗震设计规范》( GB 50011-2010) 确定。考虑的因素为： 设防类别、地震烈度、结构类型和房屋高度。本规范此次修订将建筑的抗震等级改为强制性条文，并新增了板柱-剪力墙结构及单厂铰接排架的有关规定。抗震等级按程度依次排列为一、二、三、四级并与非抗震的静力相衔接。对某些情况还增加了“一级框架结构和 9 度一级框架”的等级，要求按实际配筋和强度计算。为适应各种特殊情况的抗震设计要求，规范还给出了抗震等级的补充规定；并明确剪力墙底部加强部位，比原规范更为具体。
1．2 承载力调整
考虑地震组合验算构件的承载力时，应对抗力项除以承载力抗震调整系数 γRE，其相当于本规范基本设计表达式中的抗力模型不定性系数 γRd。修订规范列出了承载力抗震调整系数表，细化了轴心受压柱的要求，并增加了受冲切承载力的系数。
1．3 钢筋锚固及连接
由于地震反复作用造成的粘结退化，受力钢筋的锚固和搭接长度须乘以修正系数 ζaE予以加长。此次修订还特别强调钢筋连接位置宜避开关键受力部位并对连接形式及接头面积百分率进行了限定。
1．4 箍筋和埋件
地震反复作用往往造成混凝土的破碎而导致构件压溃乃至结构倒塌，因此加强关键部位混凝土的围箍约束尤为重要。本次修订强调箍筋宜采用焊接封闭箍筋、连续螺旋箍筋或连续复合螺旋箍筋，以加强约束并提高抗力。对于一般非封闭箍筋也提出了末端 135°弯钩，弯后余长 10d 的要求。此外为保证在地震作用下搭接钢筋的传力，还提出了搭接长度范围内箍筋间距的要求。考虑地震作用的预埋件在静力设计的基础上有所提高的程度仍同原规范，但提出了预埋件不宜设置在塑性铰区的规定，否则应采取有效措施。
1．5 混凝土材料
抗震结构的混凝土强度不能太低，但高强混凝土的脆性也不利于抗震。规范修订对此作出的限制与原规范相同。
1．6 抗震钢筋
此次修订强调梁、柱、支撑和剪力墙边缘构件宜采用热轧带肋钢筋； 一、二、三级框架和斜撑构件的纵向受力普通钢筋应采用“抗震钢筋”，其中后两种情形是新增加的。抗震结构的其余部分可不作“抗震钢筋”要求，因此不应任意扩大“抗震钢筋”的应用范围。
2 水平构件的抗震设计
2．1 基本概念
楼盖在水平地震作用下可视为刚性平面，在地震中很少破坏，故一般可采用包括空心楼盖在内的各类楼盖，以减轻结构自重及水平地震力； 同时对装配式楼板提出整体性要求，通常可不作抗震设计。框架梁是框架结构中重要的传力构件，故须进行抗震设计。框架梁抗震设计的内容包括截面控制条件、延性要求、受剪承载力计算、纵筋及箍筋的配筋构造要求。
2．2 截面控制
框架梁截面的基本尺寸要求： 最小宽度、最大高宽比、跨高比以及取决于受剪承载力的截面控制条件，仍保持原规范规定。
2．3 延性要求
为避免混凝土受压破碎及受剪的非延性破坏，规范提出了构件设计的延性要求： 1) 限制梁端混凝土受压区高度以保证构件有必要的变形转动能力，避免脆性破坏； 2) 强剪弱弯的设计原则： 主动提高同一内力状态的梁端剪力设计值，使梁先发生受弯破坏，从而避免脆性的剪切破坏。具体是在考虑地震组合的框架梁端弯矩值计算剪力设计值 Vb时，乘上大于 1 的系数。此次修订新增规定，在按实配钢筋截面面积计算框架梁左、右端的 Mlbua，Mrbua时，需计入受压钢筋及有效楼板范围内的钢筋。
3 柱类构件的抗震设计
3．1 基本概念
承受地震作用的框架柱，承受全部垂直荷载和水平作用的竖向构件，是关键的承力构件，其压溃可能引发大范围的破坏，是结构整体稳固性中的关键因素。震害调查表明： 地震作用下部分框架柱往往先于框架梁而破坏，原抗震设计中“强柱弱梁”的原则并未实现。柱端( 柱头、柱脚) 由于弯矩和剪力的反复作用，是最易发生压溃破坏的关键部位。此外，底柱、角柱破坏的可能性更大，且往往引发结构垮塌。柱的轴压力过大时，混凝土的抗力相对较大。
3．2 截面控制条件及轴压比控制
本次修订保持了原规范对框架柱截面的最小尺寸、长短边比例以及剪跨比的要求。同样根据地震组合的剪力设计值提出了受剪截面控制条件。此次修订新增加了双向受剪框架柱的相应要求。应该强调的是： 柱截面尺寸及混凝土强度还决定了柱的轴压比。轴压比过大时混凝土应力相对很大，容易发生脆性的压溃破坏，故必须加以限制。柱的轴压比对其配筋构造会造成重大影响； 规范列表表达了不同类型结构、不同抗震等级的柱的轴压比限值，以及各种情况下轴压比限值的调整。
4 墙类构件的抗震设计
4．1 基本概念
墙同时承受轴压力以及在地震横向力作用下承受弯矩、剪力等内力。墙类构件多作住宅结构，也常与框架、筒体结构等混合应用。墙的震害是在反复水平力作用下平面内 X 状剪坏，洞口连梁为容易破坏的薄弱环节。剪力墙的抗震设计包括： 计算地震作用的内力设计值、强剪弱弯的内力调整、抗震受剪承载力计算、剪力墙截面配筋设计、洞口连梁设计、边缘构件设计。
4．2 截面条件及轴压比控制
规范规定了各种结构类型中剪力墙肢截面的最小厚度。同样根据地震组合的剪力设计值也提出了受剪截面控制条件。墙柱的轴压比对其配筋构造会造成重大影响，规范提出了底部加强部位的墙肢轴压比限值； 并以轴压比区分边缘构件的性质，进行不同的设计。
4．3 地震内力及受剪承载力计算
此次修订提出了一级剪力墙底部加强部位各墙肢底部截面按地震组合计算弯矩设计值考虑； 底部加强部位以上墙肢弯矩设计值乘以增大系数 1． 2，剪力设计值作相应调整。根据“强剪弱弯”的原则按照不同的抗震等级主动增大剪力设计值； 墙的抗震受剪承载力计算包括正截面偏心受压、偏心受拉和斜截面受剪以及沿水平施工缝受剪三种情况。以上计算均与原规范相同。
5 预应力构件的抗震设计
5．1 基本概念
预应力构件的变形性能稍差，但经国内外的深入研究后确认： 在采取有效的构造措施后，预应力构件仍可用于抗震结构。并且连续预应力配筋贯穿各跨有利于形成结构防倒塌的拉结模型，有利于整体稳固性。
此次修订扩充和丰富了预应力构件抗震设计的原则性内容。预应力构件抗震设计主要包括： 适用范围； 预应力类型选择； 抗震计算； 非预应力筋比例以及构造要求。
5．2 适用范围及类型选择
预应力构件原则上用于 8 度及以下地区，在 9度区则应有充分依据并采取可靠措施。本次规范修订新增了允许采用无粘结预应力构件抗震设计的内容。但对某些较重要的结构构件仍须采用有粘结的预应力筋。
5．3 抗震计算
修订规范给出了采用预应力混凝土梁或板的各类结构的阻尼比； 还给出了地震组合中预应力分项系数的取值： 有利时取 1．0，不利时取 1．2。当预应力筋穿过节点核心区时，在验算中还可考虑预应力对其受剪承载力的有利影响。
6 板柱结构的抗震设计
6．1 基本概念
板柱结构层高小、空间开阔、布置灵活、施工简便，是市场需求的适用结构体系。但板柱结构抗侧力能力较差，板柱结构从结构形式上应与剪力墙或周边框架结合，增强结构整体稳固性及抗侧力能力； 同时，板柱节点应进行受冲切承载力验算并采取抗震构造措施予以加强。
6．2 构造要求
8 度抗震设防的板柱节点宜采用托板或柱帽，其边长及厚度应符合有关的规定。宜在柱上板带中设置暗梁，并对暗梁宽度、上部纵筋、下部纵筋、箍筋直径、间距、肢距及支座处加密区的范围和配箍作出了规定。
7 总结：
为保证结构的整体稳固性和防倒塌的拉结作用，对沿两个主轴方向贯通节点柱截面的连续预应力筋及板底纵向普通钢筋提出了贯通配筋的要求，包括： 配筋总截面面积，连续预应力筋布筋位置，板底纵筋的连接位置及连接构造要求。本文就混凝土结构的抗震设计提出以上一些看法。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
[2]《工程抗震术语标准》JGJ/T 97/95
[3]《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008
关键词:短柱设计、抗震、验算
中图分类号：S611文献标识码： A
对于结构工程中构件的抗震设计，《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)及《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2010)等相关规范、规程都有一些基本的设计要求，但不同规范、规程对此类构件的一些具体的界定还不尽相同，下面结合设计中的体会来谈谈短柱的抗震设计。
一、短柱的抗震设计
为满足地震作用下的墙身剪压比要求，而竖向分隔的方法同时也会带来另一个问题:因墙身分隔可能会有短肢墙(hw/bw=5~8)甚至柱(hw/bw
二、短柱的正确判定
由于使用功能或建筑的布置要求，短柱通常出现在错层房屋、车库坡道、房屋的竖向不太规则的结构；当然，还有因在柱两侧砌体填充墙上紧贴柱开洞而形成的短柱—这一点还未引起一些结构设计人员的重视，很多震害表明:因填充墙形成的短柱，在地震作用下常常因其发生脆性的剪切破坏，而导致结构的破坏，甚至倒塌，因此正确判定短柱尤为重要。
《建筑抗震设计规范》规定柱的净高与截面高度的比值不大于4即为短柱。而包括工程技术人员在内的很多人都以此作为判定短柱的依据，但实质上是不是短柱取决于参数柱的剪跨比A，当参数A =M/Vh小于2时，此柱才能被判定为短柱，而当柱的净高H与截面高h之比H/h小于4时，参数A并不小于2，而这种柱是不能被判定为短柱的。因而可以说《建筑抗震设计规范》中对短柱的规定是具局限性的。介于此，当我们依照H/h小于4来对短柱进行判定时，要遵循如下两点:(1)A=M/Vh小于2；(2)由于框架柱反弯点大多都是靠近柱中点处的，于是我们取M=0.5 VH时， A=M/Vh=0.5 VH/Vh=0.5H/h 小于2，得出H/h小于4。但建筑的梁和柱的刚度相对较弱，特别是基部的几层，由于柱底部都是被嵌固的加上梁柱间的约束力，使得弯矩很小，反弯点一般都出现在柱中部以上，有的没有弯点出现的现象都存在，对于类似这种情况，用H/h小于4来判定短柱就不合适，此时需按短柱的力学定义，即用公式(1)来判定。
当框架柱的中点不是反弯点时，柱子上截面与下截面的弯矩值大小是不同的，即为Mt 不等于Mb，这样来，上下截面的剪跨比值也是不同的，即At = Mt/Vh 不等于 Ah = Mb/Vh。通常情况下，高层建筑的基部几层框架柱的反弯点是偏上部的，即Mb > Mt。这种情况可依据式(1)A=M/Vh＜2或式(2)Hn/h＜2/vn对短柱加以判定，式(2)中，vn为n层柱的反弯点高度比，由几何关系可得，vn=1/(1+1Y)，其中1Y=Mt/Mb，0＜1Y＜1，Hn为n层柱的净高，式(2)具通用性，当中点是反弯点时:1Y=1，vn=0.5，式(2)为Hn/h＜4，当反弯点偏上，在柱上端截面时，1Y=0，vn=1，式(2)为Hn/h＜2，当没有反弯点时，就依据最大弯矩作用截面的剪跨比A =M/Vh＜2加以判定是否属于短柱。只是简单进行初步判断时，可用D值法确定vn值，然后用(2)式加以判定，而在施工图的设计时，可以用计算结果做判断依据。
三、提高高层建筑中短柱的抗震性能的措施
依据参数判定框架柱不是短柱时，可依照常规的抗震要求加以处理，而被确为短柱时就需要采取一定的措施以提高短柱的延性和承载力，增强抗震能力。
1、运用复合螺旋箍筋
与短柱的抗震能力和延性差相比，对非短柱的抗震设计一般都是让框柱的抗剪力符合剪压比限制，并达到强剪弱弯的要求，而让柱端的承载力符合强柱弱梁的要求，那么照此类推，我们只要使短柱同时符合强剪弱弯与强柱弱梁的，便可达到让短柱不受剪切破坏的目标。当我们使用复合螺旋箍筋时能大大提高柱子的抗剪承载力，在一定程度上改善对柱的约束力，便可进一步提高短柱的抗震性能。
2、运用分体柱
实际短柱的抗弯承载力是远大于它的抗剪承载力的，但通常在地震中短柱总是由于剪裁的破坏而不能重复发挥抗弯功能。因而，我们可以故意设计成短柱的抗弯度与其抗剪度相应或更低，如此来，当受到地震作用时，短柱的抗弯强度会先起作用，从而出现延性的破坏现象。一般是通过在柱中竖向设缝的方式达到这种故意削弱抗弯强度的效果，一般在柱缝中设2个或者4个柱肢构成的分体柱，并分开配筋各柱肢。而柱肢间通常通过设置连接键来加强整个短柱的前期刚度与后期耗力。连接键有素硅连接键、顶制分隔板、通缝以及顶应力摩擦阻尼器等形式。这种分体柱的试验和理论分析均表明，在这种情况下，虽然削弱短柱的抗弯承载力，而剪裁承载力又不变，但整个柱的变形力与延性都有明显有的提高，其受破坏时呈现与常柱类似的反应，这种处理方式特别对超短柱的抗震力的改善甚为显著，因而在如今的施工设计中已经有所应用。
3、运用钢骨硅柱
钢骨硅柱顾名思义，由钢骨·以及包在外部的硅组成的柱。钢骨一般有十字、工字和口字形截面，可直接扎制或由钢板焊接而成。于普通的钢结构不同之处在于钢骨硅柱的包在外部的硅具有抗曲能力，可增强柱的刚度，将钢构件的出平面扭转曲性能得到大大提高，比普通的钢结构更能发挥出钢材所具有的刚度与强度，使用钢骨硅结构可节约一半的钢材料。
4、运用钢管硅柱
钢管硅是由薄壁钢管与钢管内的填充物硅组合而成的材料，属于套箍硅的一种。这种材料由于管内的硅多处受力，而使得钢管硅有较高的抗压力与极限压变力，而钢管硅的延展性也得到了提高。钢管不单是纵筋同时也属横向箍筋，它的管径和管壁厚度比值最少都在九十以下，即意味着配筋率最少也是4.6%以上，是远高于抗震规范里对钢筋硅柱最低配筋率值的。因而采用钢管硅柱，可使短柱纵使受到高轴压比时，仍可转化成塑性变形的压铰，进而避免受压区先被破坏的情况出现，同时也不会有钢柱受压后失稳的问题。由此我们也可知，运用钢管硅柱时对于其控制截面的转动力方面，通常是不需要设限轴压比限值的。
总之，汶川地震、雅安地震等接连的地震灾害以及严重的受灾情况，足以让我们开始重视建筑的抗震设计。而通过调查与本文也可看出，一般不宜用H/ho＜4来对短柱加以判定，我们应以剪跨比A = M/Vh＜2更合适。由于短柱的延性差特性，我们在进行设计时尽量避免出现短柱，对于实在无法避免的，应先给予判定后再进行合适的抗震处理。设计人员应结合实际情况，选用最经济、最有效的措施来提高短柱的抗震性能，进而提高建筑的安全性。
参考文献:
[1].中华人民共和国国家标准 建筑抗震设计规范.GB50011-2010.北京:中国建筑工业出版社.2010.
[2].中华人民共和国行业标准 高层建筑混凝土结构技术规程.JGJ3-2010.北京:中国建筑工业出版社.2010.
论文摘要：《混凝土异型柱技术规程}(JGJ149—2006)的颁布为我国的结构设计人员提供了一本可以参照的国家标准，同时为广大结构设计人员指明了异型柱结构与普通混凝土结构的区别，现将其与《建筑抗震设计规范》(GB500l1-2001)的区别与广大设计人员共同探讨。
引言
新的《混凝土异型柱技术规程》(JGJl49—2006)(简称异型柱规程)于2006年8月颁布，改变了异型柱设计只有地方性规定而没有国标的历。随之而来就是我们对规范的理解可能没有比较深入的研究，另外《异型柱规程》有些规定比《建筑抗震设计规范》(GB50011-2~1)(简称抗震规范)严格。现就规范的几点规定，谈谈个人的一点看法：
(1)异型柱结构最大适应高度
由于异型柱是一种新型的结构形式，只经过十余年的实践。综合考虑现有的理论研究、实验研究成果及设计施工经验，其房屋适用的最大高度较一般的钢筋混凝土结构有所降低。现就《异型柱规程》与《抗震规范》对比见下表：
沈阳市抗震设防烈度为7度，设计基本加速度值为0．10g，超过40米的结构，建议采用短肢剪力墙结构。
(2)异型柱的抗震等级
由于异型柱结构的抗震性能相对于普通混凝土房屋较弱，异型柱结构的抗震等级相对于普通混凝土房屋也应较严格。由于异型柱结构的适用范围较普通混凝土结构小，相应《异型柱规程》的抗震等级分类较《抗震规范》详细。对于丙类建筑抗震设计的房屋，《异型柱规程》给出了抗震等级的确定方法，现就《异型柱规程》与《抗震规范》的异《抗震规范》现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级《异型柱规程》中表3．3—1注3，当为7度(0．15g)时，建于Ⅲ、Ⅳ类声地的异形柱框架结构和框架一剪力墙结构情形时，也按8度(O．20g)采取抗震构造措施，但于括号内所示的抗震等级形式来具体表达，需注意的是《异型柱规程》采取了“应”按表中括号所示的抗震等级采取抗震构造措施，比《抗震规范》的上述对应部分规定(“宜”按……)有所加严
(3)不规则异型柱结构的抗震设计应符合下列要求
1．当异型柱结构楼层竖向构件的最大水
平位移(或层间位移)与该楼层层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值之比大于1．20时，根据《抗震规范》有关规性，可界定为平面不规则的“扭转不规则类型”，但《异型柱规程》规性此时控制该比值不应大于1．45(第3．2．5条第1款)，较《抗震规范》相应规定“不大于1．5”有所加严，目的是为了为严格控制异型柱结构平面的不规则性，避免过大的扭转效应而导致严重的震害。
2．当异型柱结构的层间受剪承载力小于上一楼层的80％时，根据《抗震规范》有关规性，可界定为竖向不规则中的“楼层承载力突变类型”，并规定其薄弱层的受剪承载力不应小于上一层的65％，但《异型柱规程》规性此时乘以1．20的增大系数(第3．2．5条第2款)，较《抗震规范》相应规定乘以增大系数1．15有所加严
(4)异型柱的抗震作用计算规则
1．《抗震规范》第3．1．4条规定：“抗震设防为6度时，除本规范规定外，对乙、丙、丁类建筑可不进行地震作用计算”及第5．1．6条规定：“6度时的建筑(建造于Ⅳ类场地上较高的高层建筑除外)，以及生土房屋及木结构房屋，应允许不进行截面抗震验算。”但《异型柱规程》第4．2．3条则以强制性条文方式规定：“抗震设防为6度、7度(0．1Og、0．15g)及8度(0．20g)的异型柱结构应进行地震作用计算及结构抗震验算。”本条是基于异型柱结构的抗震性能特点而制定的，6度设防时设计者应注意此条。
2．异型柱的双向偏压正截面承载力随荷载(作用)方向不同而有较大的差异，在L形、T形和十字形三种异型柱中，以L形柱的差异最为显著(设计者应着重加强L形柱的构造)。如根据《抗震规范》5．1．1条第一款(一般情况下(所有烈度)，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担)，则可能在某些情况下造成结构的不安全性，所以《异型柱规程》4．2．4条第一款规定，7度(0．15g)及8度(0．20g)时尚应对与主轴成45°方向进行补充计算。
(5)异型柱的抗震变形验算
由于异型柱结构的特殊性，《异型柱规程》对异型柱结构的弹性层间位移角限值也较《抗震规范》严格，现比较如下：
考虑到异型柱结构的特殊性，本人建议进行异型柱设计时弹性层间位移角应从严控制：框架结构【】应小于l，800，框架一剪力墙结构【]应小于1／I100。
(6)异型柱框架梁柱节点核心区受剪承载力验算。
《抗震规范》附录D规定：
一、二级框架节点核心区应进行抗震验算；一般
关键词：预应力混凝土；框架结构；抗震设计
中图分类号： TU973+.31 文献标识码： A 文章编号：
前言：
20世纪80年代以来，现浇大跨度多层预应力混凝土框架结构在我国得到了推广和应用。这种结构便于工艺设备更新、利于今后技术改造、节约用地，且有较好的经济效益。
图1某大跨度预应力结构
随着我国建筑业的迅速发展，大跨度的预应力钢筋混凝土框架结构得到了广泛的应用。如何对预应力钢筋混凝土结构进行准确的受力与抗震性能能力分析?并为结构设计提供坚实的理论依据。作为一种承重结构，由于其在使用荷载下有较高的抗裂度和截面刚度，而且结构层高度较低，故得到工程界普遍的肯定。虽然GB50011—2001《建筑抗震设计规范》以及GB50010-2002《凝土结构设计规范》对预应力混凝土结构构件的抗震设计提出了一些要求，然而，缺乏系统的理论和试验分析及具体的抗震设计方法，仍然有许多问题值得进一步探讨。
2结构的抗震性能与抗震能力概念
结构的抗震性能是指结构或构件所固有的基本特征，诸如滞回环的形状、延性、耗能等性能。结构的抗震能力是指整体结构抵抗既定烈度地震作用的能力，它不仅取决结构自身的抗震性能，而且取决于结构的抗震设计方法。结构的抗震性能与结构的抗震能力既有联系又有区别。结构的抗震能力建立在结构抗震性能的基础上。然而在一定的条件下，用抗震性能较差的材料也能设计出抗震能力较好的结构来。反之，即使采用抗震性能好的材料，如果结构的耗能机制选择及设计不合理，也会使得整体结构的抗震能力较差。抗震性能反应了某种材料或结构形式的固有特性，是抗震设计所依据的基础；结构抗震能力则是可以改变的，它取决于设计者所采用的设计方法及所把握的安全度准则。结构的抗震性能是基本的、本质的、相对稳定的；结构的抗震能力则依赖于设计，是可变化的。
3框架梁的设计要求
3.1预应力度的限制
预应力度的选择需要全面考虑使用阶段和抗震性能两方面的要求。从使用阶段看，为满足结构抗裂和挠度控制要求，预应力度大一些好；从抗震角度，为保证构件延性和耗能的要求，预应力度不宜过大。预应力度按强度比的表达式为：
其中：—预应力筋的抗拉强度设计值；
—非预应力筋的抗拉强度设计值。
预应力混凝土框架结构抗震性能试验中预应力度均为0.75，这是许多研究中确定的预应力度上限值。试验结果表明，梁端能够出现塑性铰，但不是典型的梁铰破坏机制。而且考虑实际工程中，预应力混凝土结构大都采取现浇或整体性好的装配式结构，再加上楼面板的作用，使得框架梁的刚度和强度大大提高。所以，建议预应力度的取值：一级不宜大于0.5，二、三级不宜大于0.7。这样，可很好地兼顾满足梁的抗震性能和使用性能两方面的要求。
3.2裂缝控制
在预应力强度比限制下，按一级抗裂和二级抗裂要求设计的预应力构件若要满足抗震要求，必然截面尺寸要大，而且仅预应力筋本身就已满足受弯承载力要求，为了增加梁端截面延性，再按要求加配非预应力筋，截面的抗弯能力过大，若要达到“强柱弱梁”要求，必然导致框架柱截面尺寸及配筋要很大。我国现行规范中对预应力混凝土结构构件的裂缝控制过于严格，其理论基础是：预应力筋长期处于较高应力状态，对腐蚀影响更加敏感，一旦损坏，危害更大。但同时我们也应注意到预应力筋处于普通钢筋内侧，而且混凝土保护层厚，所以对处于正常工作环境的构件适当放宽裂缝控制要求，是合理的。
一般情况下，对处于正常工作环境的预应力框架，可以将短期荷载效应和长期荷载效应组合下的拉应力限制系数放宽，即按三级抗裂要求进行设计，为避免裂缝宽度的繁琐计算，建议采用“名义拉应力”方法进行抗裂验算。
4框架柱的设计要求
若预应力框架层数较多时，随着层数的增加，由于竖向荷载较大，而竖向荷载对柱又是逐层叠加的，这就使得下几层柱的轴压比较大，更接近小偏压柱，所以保证柱子有足够的延性非常重要。多层预应力混凝土框架柱一般为普通混凝土柱，顶层柱考虑到其受力特点，一般要施加预应力。对于普通混凝土柱可按规范中规定的普通钢筋混凝土框架结构中框架柱的设计方法和设计原则进行设计。但由于预应力混凝土结构自身特点，柱的轴压比限值应该要求严格一些。而如果轴压比过小，则随着层数的增加，竖向荷载不断地加大，底层柱的截面将增大到不合理的程度；而且随着底层柱截面的增加，柱的侧向刚度增大，框架的侧向约束也将增大。因此，综合考虑，建议柱轴压比如表1所示。
表1柱轴压比限值
竖向荷载作用下预应力混凝土框架边住承担的弯矩通常较大，为避免边柱弯矩过大导致的柱中配筋难，设计人员常常采取以下种解决方案：
（1）减少边柱尺寸(以降低边柱线刚度，层数较多时常采取的措施)，使边柱承担的弯矩减少。这种解决方案的缺陷是结构整体抗侧刚度减小，地震作用下变形加大，地震作用下边柱易先梁出铰而形成抗震能力差的层间耗能破坏机制，结构的抗震能力弱，边柱尺寸截面高度过小也极容易产生梁的纵筋粘结破坏。
（2）加强边柱，并在边柱中对称加配预应力筋或在边柱中竖向荷载作用下受拉侧加配预应力筋，边柱的抗弯承载力提高，同时预应力筋可取代部分非预应力筋，保证了“强柱弱梁”设计原则．推迟边柱柱底塑性铰的形成，抗侧刚度不会过早削弱，将推迟边柱的裂缝出现，边柱的抗侧刚度的增加。有利于减少罕遇地震作用下中柱承担的地震作用．有利于提高框架结构的抗震能力，使边节点处于双向受压状态，提高节点受剪承载力。为了保证柱截面的延性，应控制柱的轴压比；边节点处梁中的预应力筋，尽量向截面中性轴靠近，尽量降低梁在边节点处的抗弯能力，使框架梁内所配置的预应力筋在柱中引起的次弯矩较为有利，以防止边柱中出铰。边柱加配预应力筋的实质是实现耗能机制的转换。
5框架节点的设计要求
理论上普遍认为，由于预应力对节点的侧向约束作用，使节点混凝土处于双向受压状态，
不仅可以提高混凝土的开裂荷载，也可以提高节点的受剪承载力；由于混凝土中存在预压应
力，减轻了节点刚度退化效应；预应力筋抑制了梁筋从节点拔出，减少了梁筋失稳破坏的可能性。而试验结果却并不乐观。这是因为节点处钢筋密集，锚具的存在削弱了截面；而且在强震作用下，节点核心区是受力复杂的高应力区，当斜拉应力很大引起混凝土开裂时，可能同时导致锚固破坏。因此，锚具应布置在梁柱节点核心区域以外，以避免该区域在剪力作用产生较大对角拉应力的情况下，再承受锚具引起的劈裂应力。节点核心区受剪承载力主要与柱子截面尺寸和配箍量有关。为此，应加密箍筋，同时，为了保证节点混凝土浇筑密实，应在满足构造要求的前提下，尽量把梁纵筋锚固到柱里。必要时可将梁端两侧加宽，以保证在梁端截面极限承载力基本保持不变的情况下，梁柱节点区得到加强，提高节点的受剪承载力。框架节点的处理方法仍有待进一步研究。
6结束语
预应力结构因其独特的优点被广泛应用于工程建设的各个领域,成为当今最有发展前途的现代结构之一。其抗震问题迄今仍受到工程界的关注，这问题应从两个方面去解决：一是继续深入研究预应力混凝土框架结构的抗震性能，二是研究预应力混凝土框架结构的抗震能力及其设计方法。
参考文献
[1]GB50010-2002，混凝土结构设计规范．
（石河子大学，新疆 石河子 832003）
摘 要：“建筑抗震设计”是一门理论性、实践性、综合性都很强的课程，震害分析在教学过程中处于核心地位，是培养学生分析解决问题的重要手段。文章结合石河子大学“建筑抗震设计”课程建设经验，介绍了基于震害分析的建筑抗震设计教学方法的基本思路，并以在混凝土结构抗震设计中的实践应用为例，具体分析以震害分析为核心的教学方法在概念设计、抗震计算，以及抗震构造措施等方面的应用。
关键词：建筑抗震设计；震害分析；教学思路；教学实践
中图分类号：G642.0 文献标识码：A文章编号：1002-4107（2015）09-0009-02
收稿日期：2014-12-28
作者简介：袁康（1982—），男，重庆合川人，石河子大学水利建筑工程学院土木工程系主任，博士，副教授，国家一级注册结构工程师，主要从事建筑结构工程研究。
基金项目：石河子大学一类课程“建筑抗震设计”
新疆地处亚欧大陆腹地，受南印度洋板块与欧亚板块碰撞作用以及来自北西伯利亚板块的挤压，构造运动强烈，是我国主要的内陆地震活动区域，也是国务院确定的地震重点监视防御区之一。进入20世纪以来，新疆境内发生6级以上地震100多次，平均每年一次以上，全区抗震设防烈度在6度以上的区域占全区总面积的80%以上，其中7度以上高烈度区域面积占60%以上，面临严峻的抗震形势[1]。因此，新疆地处地震高发区和高烈度区的抗震形势对当地建筑设计、施工等技术人员提出了更高要求。因而，建筑抗震设计在当地本科教学中的重要性更加突出。
随着近年来全球地震进入活跃期，强震频发，大量的工程震害为学生学习抗震知识和技能提供了生动的教学素材，尤其是汶川、玉树等一系列大震灾害引起了大家的重视，对典型震害的分析成为了促使相关抗震设计、构造施工技术进步的重要因素，如汶川地震后，我国的《建筑抗震设计规范》（GB2010 0011-2010）就进行了相应的修编[2]。因此，开展基于震害分析的“建筑抗震设计”教学方法改革也是石河子大学建筑抗震设计课程组一直探索的目标，在多年课程建设过程中，取得了较好的教学效果。本文将在分析“建筑抗震设计”课程的特点，剖析存在问题的基础上，阐述基于震害分析的研究型教学思路，并以在混凝土结构抗震设计中的实践应用为例，具体分析以震害分析为核心的教学方法在概念设计、抗震计算，以及抗震构造措施等方面的应用，以供参考。
一、“建筑抗震设计”课程特点及现状
“建筑结构抗震设计”课程在石河子大学开课学时为48学时，包括理论教学40学时和试验教学8学时，是建筑工程专业必修课程之一，同时也是一门涉及学科较广、综合性较强的课程，经过本课程的学习，为后续的毕业设计奠定基础，是建筑工程专业学生知识结构中重要的组成部分。
（一）涉及知识面广，对学生理论基础知识要求高
该课程主要涉及数学、力学、材料、结构等方面的知识，其先修课主要有工程数学、理论力学、材料力学、结构力学、建筑材料、钢结构、钢筋混凝土结构设计原理、钢筋混凝土结构设计、砌体结构、施工技术等，尤其是“单自由度和多自由度弹性体系地震反应分析”章节与结构力学中的动力学部分联系密切，是典型的“老师难教、学生难学”的章节。
（二）课程与规范联系紧密，条文规定多
该课程内容一般包括场地、地震作用计算、各种结构抗震设计，以及隔震减震技术等章节，其设置与《建筑抗震设计规范》的编排思路大致相同，可以说是规范的说明书。因此，教材中有大量的规范条文规定告诉学生应该如何去进行抗震设计，如何让学生印象深刻地去理解各种条文规定背后的含义是关键。
（三）实践教学缺失
该课程的另一特点是实践性极强，抗震设计事关人民生命财产安全，从学生阶段就培养学生的工程实践意识至关重要，而目前多数高校在抗震的实践教学方面存在缺失现象，其原因主要是抗震的试验手段主要有拟静力试验和振动台试验两种，均需要较长的试验准备周期和较高的经费投入。
综上，由于“建筑抗震设计”课程教学存在的上述问题，要“化繁为简、通俗易懂”地讲解这门看似枯燥、却对工程技术人员又十分重要的课程，需要借助地震灾害这个天然的试验场。工程震害分析与试验研究、理论分析是抗震技术发展的基本手段[3]，在地震灾害频发的今天，震害分析已经成为了抗震技术验证的最佳场所，如四川雅安芦山地震中，凡是按照新的抗震规范设计的建筑均实现了相应的抗震目标，没有出现房屋倒塌的现象。因此，在抗震教学环节中，专业教师更应当以震害分析为核心，来引导学生研究、学习工程震害，使学生能够有血有肉地理解书本知识。
二、基于震害分析的研究性教学思路
从各版“建筑抗震设计”教材不难发现，其在具体结构抗震设计中均是基于震害分析—概念设计—抗震计算—抗震构造的基本思路，可见震害分析是学习本课程的入手点，每种结构形式的震害现象对于后续的内容都具有强烈的指导意义。教学过程中尤其应当重视“分析”二字，在重视提高学生工程素质的当下，应当引导学生去理解每种震害发生的原因，设计、施工中如何去避免，从而使学生更加轻松地理解后续概念设计、抗震计算、抗震构造中大量的定量条文规定。
基于震害分析的研究型教学思路，即是在整个教学过程中始终紧扣震害分析这一前提，注重发挥学生的主观能动性去分析解决问题，在震害分析章节将震害现象归类为概念设计、抗震计算、抗震构造不符合规范要求的几种情况，设置研究问题，并告诉学生将在后续学习中逐步解决；在讲解到具体涉及前面设置问题的内容时，再带着学生一起解决问题。
三、基于震害分析的研究性教学实践
本文以混凝土框架结构抗震设计教学为例，阐述基于震害分析的研究型教学实践过程，具体教学思路如图1所示。
（一）基于震害分析的问题设置
混凝土框架结构是建筑工程领域最为常见的一种结构体系，尤其是在公共建筑当中。在历次地震中框架结构表现出了较好的抗震性能，但也有一些共性的震害现象得到了体现，因此，在讲述本章内容时，有必要将一些常见的震害现象集中梳理，设置研究问题（如下），在后续学习中不断解决。
1.框架结构中某一层集中倒塌现象。
2.建筑平面中角部破坏严重。
3.楼梯间框架柱剪切破坏。
4.邻近房屋碰撞破坏。
（二）基于震害分析的概念设计
中国的抗震设防采用“三水准设防、两阶段设计”[4]，其具体实施主要通过概念设计、抗震计算和构造措施三个方面，其中概念设计是对结构体型、结构体系、刚度分布、构件延性的总体把握，是结构抗震设计的最为重要问题。但由于学生对于知识的学习未通过毕业设计的综合实践锻炼，尚停留在碎片化的阶段，无法站在全局的高度来看待概念设计的重要性。此外，长久以来的应试教育模式培养出来学生更喜欢依靠计算解决问题的特性，认为只要进行了抗震计算就能够保证建筑结构的抗震能力，对概念设计的认识不足。因此，有必要从一开始就将各条概念设计规定与相应的震害对应起来，并逐条解决，基本主线为：概念设计条文—对应工程问题—工程震害现象—解决途径，即通过工程实例中发生的震害现象，追溯其在设计阶段不符合抗震概念设计的情况，引导学生探寻相关解决途径。
（三）基于震害分析的抗震计算
结构抗震计算包括地震作用计算，地震力分配、内力组合及调整、截面承载力抗震设计、节点设计等内容，其中内力调整是此部分内容的核心问题，是实现框架结构合理破坏模式的关键所在，主要包括了“强节点弱构件、强柱弱梁、强剪弱弯”的内力调整思路[5]，以及底层柱、角柱的内力放大。在讲述这些关键问题的时候可回到历次震害中发现的震害问题，引出震害分析中设置的问题：大量的结构并未实现梁端出铰的合理破坏模式，而是某一层柱集中倒塌的情况；以及底层柱和角柱的破坏往往更为严重的现象。带领学生以工程师的角度去从设计、施工角度查找出现上述问题的原因，理解按照合理破坏模式要求的内力放大调整方法。以汶川地震为例，当出现远超设防烈度的地震作用时，几乎没有一栋建筑实现了强柱弱梁的破坏形式，是值得工程人员深省的，因此，《建筑抗震设计规范》（GB2010 0011-2010）在内力调整系数上进一步放大。
（四）基于震害分析的抗震构造措施
抗震构造措施，是根据抗震概念设计原则，不需要计算而对结构和非结构部分必须采取的各种细部要求，主要包括对梁、柱截面尺寸的限制，钢筋直径、间距的限值等等，此部分内容与震害分析中的构件层面破坏密切相关，讲解中若采用完全“顺向讲授式”教学，学生很难记住相关的条文规定。教学中应结合震害分析，采用“反向研讨式”教学，即思考若不按条文规定会出现什么震害问题。例如，在讲授节点核心区配箍率的要求时，可联系震害中典型节点破坏的现象——由于节点区箍筋不足或间距过大，柱纵筋压曲外鼓，引导学生明白节点对结构维持大震不倒的重要性，以及箍筋体积配箍率可确保节点延性的意义。
“建筑抗震设计”是一门理论性、实践性、综合性都很强的课程，涉及大量的规范条文，如何生动地让学生理解相关条文背后的依据是关键，而大量的规范条文修编都是以无数次强震为代价。因此，震害分析在教学过程中处于核心地位，是培养学生分析解决问题的重要手段，课程组在教学改革过程中的成效表明，不断穿插震害分析不但可以提高学生的专业兴趣，更使学生在理论知识综合应用、工程质量意识等方面得到了锻炼，在毕业设计环节中更加得心应手。
参考文献：
[1]张勇.新疆农村抗震民居房屋结构类型及应用[J].震灾防御技术，2006，（4）.
[2][4]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
【关键词】汶川地震；JICA（日本国际协力机构）抗震；隔震；减震
2010年6月-8月，我有幸赴日本参加了为期两个月的中日抗震技术人员的培训学习。该项目是2008年5.12汶川特大地震以后，中日两国首脑确认的“总体合作框架”中就“城市建设”领域开展的灾后恢复重建合作项目，由中国科技部及住建部和日本国际协力机构（JICA）签约实施。该项目的主要目的是通过对中国建筑抗震技术和管理人员进行培训，借鉴日本建筑工程抗震领域的先进经验，以提高中国建筑抗震防灾能力，并推动中日两国在建筑抗震技术领域的深入全面合作。项目于2009-06-01启动，2013-05-31结束，为期四年。
通过两个月的研修，了解了日本的防灾减灾系统，日本抗震 设计法的发展历程，并对中日两国抗震设计有了细致的比较，学习了日本在隔震，减震方面的先进技术以及抗震加固的先进理念和方法。
首先简要介绍日本的防灾减灾系统：注重防灾减灾意识的培养和加强； 防灾知识普及常抓不懈，从我作起； 政府对既有建筑尤其是生命线工程和民生工程（学校，医院，聚居的住宅等）的抗震性现状调查常态化，掌握第一手资料；对抗震化鉴定和加固制定计划和目标，不因为大地震再现周期长而导致对抗震加固犹豫不决的态度，和侥幸的心理；提高地震应急判断和评估水平，避免次生灾害的发生，使灾区能尽快恢复正常的生产和生活。
日本的抗震设计法的发展历程：1916年 佐野利器博士提出震度法概念（考察1906年美国旧金山大地震后经过研究发表《建筑物抗震结构理论》中提出用震度乘以房屋重量来计算水平地震惯性力）； 1923年 关东大地震，砖石结构破坏严重，（80%以上）从此该类结构从日本新建建筑舞台消失；同时因混凝土结构倒塌和发生严重破坏的较少，其抗震性能被认可；1924年 震度法被正式采用，K=0.1，地震作用取为建筑物重量的10%（容许应力度=材料强度的1/2）；要求超过50尺（大约15m）的建筑须采用钢筋混凝土结构或者钢结构 ；1924～1950年间日本结构抗震领域展开“刚柔相争”（以刚度抵抗，或韧性顺应） 1950年颁布《建筑基本法》调整水平地震作用，K=0.2（容许应力度=材料强度）；1971年修订《建筑基本法》，规定柱箍筋间距≤100mm。加强对柱混凝土的约束作用，旨在提高砼柱子的延性；1977年，制定了抗震诊断基准与修复设计指针，提出既有建筑加固办法 1981年颁布“新抗震设计法”，提出二次设计的要求（小震不坏，大震不倒），并提出保有耐力的设计计算法 ；1983年，隔震橡胶在日本应用于民用建筑，开始出现隔震建筑 ；2000年 增加“基于性能的抗震设计法”（极限承载力计算法）95年阪神地震很多建筑虽未严重破坏，但塑性变形过大使修复成本过高或丧失正常功能；2005年补充“基于能量平衡的抗震设计法”（主要用于钢结构）地震输入能量=弹性应变能We+塑性应变能Es.，建筑物必须吸收的最低能量=地震输入能量-弹性应变能We。
日本建筑物按规模和高度进行安全性与分类 ：第一号建筑物：高度超过60m的建筑物，即超高层建筑物； 第二号建筑物：高度低于60m建筑物中的大规模建筑物（高度一般指31m以上）； 第三号建筑物：高度低于60m建筑物中的中规模建筑物；第四号建筑物：以上一号至三号以外的小规模建筑物，无需进行结构计算。日本的抗震设计原则主要是：
60m以下的建筑物：
1）新抗震设计法，二次设计方法，满足小震不坏（地震加速度约80gal，建筑加速度反应约0.2g）、大震不倒（地震加速度约400gal，建筑加速度反应约1.0g），采用容应 力 度计算法+保有耐力计算法。从1981年沿用至今，概念清晰，方便操作。
2）基于性能的抗震设计法（极限承载力计算法），实际应用不多。
3）基于能量平衡的抗震设计法（主要用于钢结构），理论较深（能量法），实际应用很少。
60m以上的建筑物：
必须进行弹塑性时程分析验证其抗震性能，设计文件送交国土交通省大臣指定的审查单位进行审查。（类似国内的超限高层的抗震专项审查）
而我国的建筑抗震设计标准的制定则是经历了一下几个过程：1974年：《工业与民用建筑抗震设计规范》（TJ11-74） 规定建筑物遭遇到相当于设计烈度的地震影响时，建筑物允许有一定的损 坏，不加或稍加修理仍能继续使用； 1978年：《工业与民用建筑抗震设计规范》（TJ11-78）基于唐山大地震，输入的水平地震动较大，采用基底剪力法；1989年：《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）增加震源距的影响（近震、远震），三水准设防，两阶段设计。2001年：《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）引入设计地震分组；2008年：《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001，2008年版） 汶川地震后基于抗震概念设计的修编（震后调查，楼梯间作为逃生通道或安全岛采取构造加强措施等）；2010年：《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010） 对一些有专门要求的建筑结构，允许采用抗震性能化设计。
我国抗震设计的方针是：三水准设防，两阶段设计 。所谓三水准性能目标：“小震不坏、中震可修、大震不倒”，现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2010增加了性能化设计目标，即使用功能或其他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体或更高的抗震设防目标。以抗震设防烈度为抗震设计的基本依据，引入“设计地震分组”，体现地震震级、震中距影响，不同类型的结构需采用不同的地震作用计算方法：高度低于40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布较均匀以及近似于单质点体系的结构采用底部剪力法，除此以外用阵型分解反应谱法，对于特别不规则的建筑甲类建筑或高度超过抗规表5.1.2列高度的建筑。并利用“地震作用效应调整系数”，体现抗震概念设计的要求，把抗震计算和抗震措施作为不可分割的组成部分，强调通过概念设计，协调各项抗震措施，从而实现“大震不倒”；同时采用二阶段设计实现三个水准的设防目标：第一阶段设计：是承载力验算，取第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应，进行结构构件的截面承载力验算及变形验算。既满足了在第一水准下强度要求，又满足第二水准的变形要求。第二阶段设计： 采用第三水准烈度的地震动参数，进行弹塑性变形验算，并结合采取相应的抗震构造措施，实现第三水准的设防要求。
从中日两国抗震设计基准以及抗震鉴定抗震加固促进法的建立和发展的历史得到的启示：在每一次大地震的震害调查中总结经验和教训，适时对现行设计基准作出必要的修订和改进，找出差距，调整思路，从而使建筑的耐震化不断加强，建筑物的性能在地震后的维持与恢复能力也不断提高。 在这一点上我感觉中日两国的做法基本相仿，中国曾在1976年唐山大地震的震害调查中发现砌体结构如有很好的钢筋混凝土构造柱和圈梁的约束系统，由此系统提供延性，也能在大震后裂而不倒。此后结构科研人员据此进行了一系列的相关试验，对74抗规进行修编从而完善了砌体结构的抗震构造搓施，这在08年5.12汶川地震的震后表现中也得到了检验；在对汶川地震震害调查和分析后，《建筑抗震设防分类标准》把中小学校舍及医疗建筑的设防标准提高到重点设防类，01抗规的08版又对一些条文进行了修改补充，如楼梯间的相关构造等。
对日本隔震减震结构的几点认识：1.基于能量法的原理以及性能设计的要求，阪神淡路地震后日本的隔震减震结构迅速发展起来，包括新建和抗震化改修建筑都多有利用，半主动，主动减震系统，各种形式的隔震支座和耗能支撑也不断被开发；2.隔震结构因其极大的降低了地震动向隔震层上部结构的输入，使构件截面尺寸及配筋等比先前单纯抗震设计时大为减小，尤其在处理不规则结构无缝设计时起到了非常重要的作用；3.隔震支座的布置应该注意上部柱子的内力，对于周界等有可能出现弯矩而产生拉应力时不可选择纯滑动支座。（我们现地参观的东京品川御殿山工程以及三洋化成的隔震加固等项目）；4.耗能减震支撑可以结合结构型式合理选择，尽可能多的减少结构自身的反应，达到其耗能的目的；5.隔减震结构在震度较大的地区应加以推广应用，在我国随着隔震层以及耗能支撑材料的不断开发，在设防烈度较高的区域应是可推行的非常优越的结构体系。
另外，日本的抗震加固方法也是非常多样化，从原理上分可以是韧性加固，也可以刚度强度加固，甚至对于一些特殊用途和要求的建筑可以采用隔震，减震等的加固方式，从降低地震动的输入着眼，即从根本上卸载不堪重负的原结构构件所需承担的水平地震力，从而使其满足要求。从形式上讲可以是改善原结构的延性，也可以加大墙柱等抗侧力构件截面，增设带框支撑，增加混凝土墙，加设减震器或增加耗能支撑等等措施。隔震加固因为施工难度大，间接成本过高，除重点文物等保护性建筑以及因其他因素而使加大截面或增设构件满足不了抗震要求的，一般不建议采用隔震加固。
从日本现阶段抗震设计的理念和方法以及日本国内建筑材料及施工技术的发展我有几点感想：1.结构设计不但要保证构建筑物的安全，同时应满足性能要求，并且在震后能尽快恢复，修复的成本也需考虑。即安全+安心。（性能设计）；2.结构方案的选取可多样化，不必拘泥于结构型式和体系的限制，只要能满足两阶段设计的各项指标，限高通过批准，地震动输入适合，时程分析计算满足要求即可。可以刚柔相济，以柔佐刚，也可抗震，减震，隔震协调并行，这样就给建筑的平立面设计创造了非常宽广的施展空间，也为我们的城市带来更多亮丽的风景。（这点应该是我们的抗震设计规范非常有必要借鉴的地方）3.高强混凝土的开发和高强钢筋的利用以及减震结构的实施（能量原理），使得延性框架结构在超高层建筑中的应用成为可能。我们现地参观的东京东池袋丁目的高层住宅，189m高，纯框架，在6～22层位移较大的搂层使用了低屈服钢的减震柱）4.先进的施工工法，精良的施工设备使建筑的工厂化成为可能，加快了施工速度，同时也减轻了对环境的污染；5.结构的概念在施工安装中的构造处理应用：为了减轻隔墙对框架柱可能产生的约束作用，尤其是通条窗或柱边框们的下护墙或上顶壁，隔墙都在梁上下设置卡口固定，使其与柱子脱开；预制大孔板的应用，有效的减弱了板对梁的约束，使得梁的屈曲更易实现。
建筑抗震是一个系统性问题，从建筑选址开始就必须慎之又慎，应注重对活断层的判别，规定活断层近前的建筑及市政设施的限制；要深入研究地基，地基与建筑物相互作用的影响，结构计算时输入的地震动参数要适合建筑的抗震设防烈度，抗震等级以及场地类别和地震分组等，抗震加固时要对建筑物抗震性能余力进行再评价，要刚柔结合，顺势而为，充分发挥被加建筑的功能再利用。
现阶段地震的发生不可预测，但做好建筑物的抗震及加固，做到有备无患则是我们结构抗震工作着必须担当的责任。
参考文献：
[1]《抗震设计标准Ⅱ2010年中国耐震建筑研修课件》神户大学，孙玉平