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我国现行的桥梁抗震设计规范还很不完善，无论是铁路桥或公路桥，还是采用基于强度设防基础上的设计方法，即根据折减后的弹性地震反应进行抗震设计，而结构的延性要求没有明确规定，仅从墩柱的箍筋配筋率及构造方面提出要求，以保证结构的延性。因此对我国现行震规进行修订和补充，使其提高到一个新的先进水平已是刻不容缓。90年代初在上海南浦大桥的抗震设计中，首次提出了二水平的抗震设计方法。之后，用同样方法先后对20余座大桥、城市立交桥和城市高架桥进行了抗震研究，20余年来积累了很多科研成果，对桥梁抗震的设计思想也日趋成熟。在此基础上于1998年开始，范立础教授将正式主持“城市桥梁抗震设计规范”的制订工作。
减震和隔震设计思想是利用材料或装置的耗能性能，达到减小结构地震反应的目的，是一种经济有效的方法。近年来世界各国在结构的减隔震设计方面也做了很多研究，如弹性支座隔震体系是目前能采用的最简单的隔震方法，其中普通板式橡胶支座构造简单、性能稳定，已在桥梁上广泛应用，法国跨度320m的伯劳东纳(Brotonne)预应力混凝土斜张桥的两个塔墩顶上各用了12块橡胶支座，该桥已通车20年，使用情况良好。
2斜张桥梁抗震设计方法
常用的结构抗震设计方法有震度法和动态分析法两种，动态分析法中又包括反应谱法和时程分析法。
动态分析法比震度法有了较大的改进，它同时考虑了地面运动和结构的动力特性。其中反应谱方法中一个重要概念是动力放大系数，或称标准化反应谱。其定义为：β(ω，ξ)=|U+Ug|max/Ug，max
式中，右端项的分子为单质点体系动力反应的绝对加速度反应，分母为地面加速度反应的峰值。
应用反应谱计算结构地震反应，首先要计算结构的动力特性和各阶振型参与系数，然后按各阶振型对某项反应的贡献程度进行线性叠加，得到这项反应的最大值。我国“震规”中的验算方法就是建立在反应谱理论的基础上的，但反应谱理论在大跨度桥梁抗震验算上的应用还存在一些问题，如“震规”中加速度反应谱，或桥址场地设计加速度反应谱的适用范围大都在5s以内，而大跨度桥梁是长周期结构，它们的基本周期大都大于5s，在长周期范围动力放大系数β的取值对大跨度桥梁的地震反应的准确性至关重要。项海帆教授早在八十年代初就对公路工程抗震设计规范中的反应谱提出了长周期部分的修正意见，王君杰副教授也提出了“长周期地震反应谱的取值和规范化应以强震记录位移反应谱的统计结果为依据”的观点，并以此为基础提出了对当前公路工程抗震设计规范中的反应谱的长周期部分的修正和补充方法，增加了表达长周期地震反应谱特性的参数；其次大跨度桥梁地震反应组合中，如何考虑地震动的空间变化也是一个需要考虑的问题，因为对于大跨度桥梁，地震动的空间变化效应是不可忽略的。另一个在大跨度桥梁抗震分析中需要解决的问题，就是在多分量地震动作用下振型组合问题，目前常用的组合方法有SUM法(最大值绝对值之和法)、SRSS法(最大值平方和的平方根法)、CQC法(基于平稳随机振动理论导出的完全二次组合法)等。由于CQC方法计入了振型间的相关性，较好地考虑了密集振型间的强耦合性，而大跨度桥梁的动力特性具有自振周期长、频率密集和阻尼较小的特点，因此CQC方法对大跨度桥梁的地震反应分析更为适用。除此以外，在反应谱分析中给出的反应值基本上还是弹性反应，不能做到真正的非线性分析。总之，反应谱方法在大跨度桥梁的方案设计阶段，对结构的抗震性能进行粗略的评估还是可行的，但是对于重要结构或大跨度桥梁的地震反应分析则应进行专题研究。
一个很重要的步骤，就是在桥址地震危险性分析的基础上，进行结构的时程反应分析，这在大多数工程抗震设计规范中都提出了这一要求。时程分析法与反应谱法相比具有能进行结构的非线性地震反应分析、考虑复杂场地的非一致激励影响、能给出任意截面(或结点)的任意一种反应的时间历程等特点，而这些方面在大跨度桥梁地震反应分析中是必须考虑的。但在进行时程分析时也应该注意到地震波选用的随机性，因为地震是一个随机事件，它发生的时间、空间、强度、频谱成分、波形等等都是不确定的。而时程分析法还是一个确定性分析法，它是根据地震危险性分析中的人工地震波作为分析依据。所以，为了提高分析结果的可靠性，一般要求在同一钻孔位置给出一组(一般3～5条)地震波，然后取各条地震波反应的最大值。
1．R-μ-T关系及其应用
在二十世纪五十年代，当美国的权威人士G.W.Houser导出了第一条地震反应谱和对地震激励下的弹性反应规律的研究很快被学术界接受后，人们很快发现了一个与当时的抗震设计方法相矛盾的问题，那就是例如对一个第一振型周期为0.5s~1.5s,阻尼比为0.05的结构，结构地震反应加速度约为地面运动峰值加速度的1.5~2.5倍，比如赋予上述结构一个不大的地面运动加速度0.15g,则根据反应谱导出的结构反应加速度已达到0.23g~0.375g，而世界各国当时的设计规定中一般用来确定水平地震力大小的加速度只有0.04g~0.15g，但让人不解是，震害表明，虽然设计用的反应加速度很小，但结构在地震中的损伤却不太大。这么大的差距是不能用安全性或设计误差来解释的，于是，各国的学术界加紧了对这一问题的研究，大家通过对单自由度体系的屈服水准、自振周期（弹性）以及最大非弹性动力反应之间的关系；同时还研究了当地面运动特征（包含场地土特征）不同时，给这种关系带来的变化，我们把这方面的研究工作关系其中R是指在一个地面运动下最大弹性反应力与非弹性反应屈服力之间的比值，称为弹塑性反应地震力降低系数，简称地震力降低系数或者反应调节系数；µ为最大非弹性反应位移与屈服位移的比值，称为位移延性系数；T则为按弹性刚度求得的结构自振周期。研究表明，对于长周期（指弹性周期且T>1.0s）的结构可以适用“等位移法则”，即弹性体系与弹塑性体系的最大位移反应总是基本相同的；而对于中周期（指弹性周期且0.12s<T<0.5s）的结构，则适用于“等能量法则”，即非弹性反应下的弹塑性变形能等于同一地震地面运动输入下的弹性变形能。
之所以存在上诉规律，我们应该注意到钢筋混凝土结构的一些相关特性。首先，通过人为措施可以使结构具有一定的延性，即结构在外部作用下，可以发生足够的非线性变形，而又维持承载力不会下降的属性。这样就可以保证结构在进入较大非线性变形时，不会出现因强度急剧下降而导致的严重破坏和倒塌，从而使结构在非线性变形状态下耗能成为可能。其次，作为非线弹性材料的钢筋混凝土结构，在一定的外力作用下，结构将从弹性进入非弹性状态。在非弹性变形过程中，外力做功全部变为热能，并传入空气中耗散掉。我们可以进一步以单质点体系的无阻尼振动来分析，在弹性范围振动时，惯性力与弹性恢复力总处于动态平衡状态，体系能量在动能、势能间不停转换，但总量保持不变。如果某次振动过大，体系进入屈服后状态，则体系在平衡位置的动能将在最大位移处转化为弹性势能和塑性变形能两部分，其中，塑性变性能将耗散掉，从而减小了体系总的能量。由此我们可以想到，在地震往复作用下，结构在振动过程中，如果进入屈服后状态，将通过塑性变性能耗散掉部分地震输给结构的累积能量，从而减小地震反应。同时，实际结构存在的阻尼也会进一步耗散能量，减小地震反应。此外，结构进入非弹性状态后，其侧向刚度将明显小于弹性刚度，这将导致结构瞬时刚度的下降，自振周期加长，从而减小地震作用。
2我国现行抗震设计规范中的不足之处
抗震规范规定，我国的抗震设防目标必须坚持“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则，而建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，抗震措施，一般情况下，当抗震设防烈度为6-8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。丙类建筑应属于甲、乙、丁类以外的一般建筑，地震作用和抗震措施应符合本地区抗震设防烈度的要求。我们知道，一栋建筑在大震下能否不倒，已经不是看其承载力的大了了，而是看它的延性是否能够到达设计要求。由上面的建筑物抗震类别划分可以看出，我们对甲、乙、丙、丁建筑物延性的要求是依次从高到低的，此时，结构的延性实际上是由其抗震措施来决定的，现以一栋乙类建筑和丙类建筑为例：
表1
设防烈度
抗震措施烈度
实际延性
6
7（6）
低
7
8（7）
中等
8
9（8）
稍高
9
比9度高（9）
高
说明：在抗震措施烈度中，括号外为乙类建筑，括号内的为丙类建筑。
由表1可以看出，如果按规范设计，就可能会出现9度（设防烈度）下的丙类建筑的延性比7度（设防烈度）下的乙类建筑延性还要高的情况出现，而根据上面所述的R-μ-T理论关系的研究可以知道，当R取值不变时，对结构的延性要求也应该是不变的，与处在什么烈度区没有关系，如果R-μ-T理论关系的研究结果是正确的，那么我国规范对甲、乙、丙三类建筑的要求就存在概念性矛盾。
我国取R＝3.33，与国外规范相比较，我们对乙类和丙类建筑的是比较合理，而对于甲类建筑则过于偏松，对丁类建筑过于严格了。
目前，国际上逐步形成了一套“多层次，多水准性态控制目标”的抗震理念。这一理念主要含义为：工程师应该选择合适的形态水准和地震荷载进行结构设计。建筑物的性态是由结构的性态，非结构构件和体系的性态以及建筑物内容物性态的组合。目前性态水准一般分为：损伤出现（damageonset）、正常运作（operational）、能继续居住（countinuedoccupancy）、可修复的（repairable）、生命安全（lifesafe）、倒塌（collapse）。性态目标指建筑物在一定程度的地震作用下对所期望的性态水准的表述。对建筑抗震设计应采用多重性态目标，比如美国的“面向2000基于性态工程的框架方案”曾对一般结构、必要结构、对安全起控制作用的结构分别建议了相应的性态目标―基本目标（常遇地震下完全正常运作，少遇地震下正常运作，罕遇地震下保证生命安全，极罕遇地震下接近倒塌，相当与中国的丙类建筑）、必要目标（少于地震下完全正常运作，罕遇地震下正常运作，极罕遇地震下保证生命安全，相当与中国的乙类建筑）、对安全其控制作用的目标（罕遇地震下完全正常运作，极罕遇地震下正常运作，相当与中国的甲类建筑），目前中国正在进行用地震动参数区划分图代替基本烈度区画图的工作。对重要性不同的建筑，如协助进行灾害恢复行动的医院等建筑，应该按较高的性态目标设计。此外，也可以针对业主对建筑提出的不同抗震要求
2．钢筋混凝土结构的核心抗震措施
我国抗震设计对钢筋混凝土结构提出的基本上是“高延性要求”，也就是要求结构在较大的屈服后塑性变形状态下仍保持其竖向荷载和抗水平力的能力，对于有较高延性要求的钢筋混凝土结构必须使用能力设计法进行有关设计。“能力设计法”的要求是在设计地震力取值偏低的情况下，结构具有足够的延性能力，具体做法是通过合理设计使柱端抗弯能力大于梁端从而使结构在地震作用下形成“梁铰机构”，即塑性变形或塑性铰出现在比较容易保证具有较大延性能力的梁端；通过相应提高构件端部和节点的抗剪能力以避免构件发生非延性的剪切破坏。其核心是：
（1）“强柱弱梁”措施：主要是通过人为增大相对于梁的抗弯能力，使塑性铰更多的出现在柱端而不是梁端，让结构在地震引起的动力反应中形成“梁铰机构”或“梁柱铰机构”，通过框架梁的塑性变形来耗散地震能量。
“强柱弱梁”措施是“能力设计法”的最主要的内容。
根据对构件在强震下非线线动力分析可知，强震下，由于构件产生塑性变形，因此可以耗散部分地震能量，同时根据杆系结构塑性力学的分析知道，在保证结构不形成机构的要求下，“梁铰机构”或“梁柱铰机构”相对与“柱铰机构”而言，能够形成更多的塑性铰，从而能耗散更多的地震能量，因此我们需要加强柱的抗弯能力，引导结构在强震下形成更优、更合理的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”。
这一套抗震措施理念已被世界各国所接受，但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。这两种思路都承认应该优先引导梁端出塑性铰，但是双方对柱端塑性铰出现的位置和数量有分歧。
新西兰追求理想的梁铰机构，规范中底层柱的弯距增大系数比其它柱的弯距增大系数要小一些，这么做的目的是希望在强震下，梁端塑性铰形成较为普遍，底层柱塑性铰的出现比梁端塑性铰迟，而其余所有的柱截面在大震下不出现塑性铰的“梁铰机构”。但是新西兰人也不认为他们的理想梁铰方案是唯一可用的方法，因此他们在规范中规定可以选用两种方法，一种是上述的理想梁铰机构法，另一种就是类似与美国的方法。
美国规范的做法则希望在强震下塑性铰出现较早，柱端塑性铰形成较迟，梁端塑性铰形成得较普遍，柱端塑性铰可能要形成得要少一些的“梁－柱塑性铰机构”（柱端塑性铰可以在任何位置形成，这一点是与新西兰规范的做法是不同的）。中国规范和欧洲EC8规范也是采用与美国类似的方法。
（2）“强剪弱弯”措施：用剪力增大系数增大梁端，柱端，剪力墙端，剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点中的组合剪力值，并用增大后的剪力设计值进行受剪截面控制条件验算和受剪承载力设计，以避免在结构出现脆性的剪切破坏。
我们在上学期学过，钢筋混凝土的抗剪能力由混凝土自身的抗剪能力、裂缝界面的骨料咬合力、纵筋销栓力和箍筋的拉力4部分构成，而通过对框架梁在强震下的抗剪分析可知，混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性铰后会比非抗震时有所下降，主要原因有几下几个：
1由结构力学和材料力学的分析可知，梁端总是正剪力大于负剪力，如果发生剪切破坏时，剪压区一般都在梁的下部，而此时混凝土保护层已经剥落，且梁下端又没有现浇板，所以混凝土剪压区的抗剪能力会比非抗震时偏低
2由于在强震下剪切破坏要发生在塑性铰充分转动的情况下，而非抗震时的剪切破坏往往发生在纵筋屈服之前，因此在抗震条件下混凝土的交叉裂缝宽度会比非抗震情况偏大，从而使斜裂缝界面中的骨料咬合效应慢慢退化，加之斜裂缝反复开闭，混凝土体破坏更严重，这使得混凝土的抗剪能力进一步被削弱。
3混凝土保护层的剥落和裂缝的加宽又会使纵筋的抗剪销栓作用有所退化。
我们一般在计算钢筋混凝土的抗剪能力时，只计算了混凝土自身的抗剪能力和箍筋的抗剪能力（V＝Vc+Vsv），而把斜裂缝界面中的骨料咬合能力及纵筋的销栓作用作为它多余的强度储备。在抗震下梁端的塑性铰的形成，使得骨料咬合力及纵筋的销栓作用有所下降，钢筋混凝土的抗剪强度储备也会下降，同时由于混凝土的抗剪能力(Vc)的下降，V也会比非抗震时小，如果咬使V不变，那么就只有使Vsv变大，即增加箍筋用量，所以我们可以得出这样的结论，在抗震情况下箍筋用量比非抗震时要大一些，这不是因为地震使梁的剪力变大了而增加箍筋用量，而是由于混凝土项的抗剪能力下降，相应的必须加大箍筋用量。其他构件的原理也相似。
（3）抗震构造措施：通过相应构造措施保证可能出现塑性铰的部位具有所需足够的延性，具体来说就是塑性转动能力和塑性耗能能力。
对于梁柱等构件，延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点：混凝土极限压应变，破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。
对于梁而言，无论是对不允许柱出现塑性铰（底层柱除外）的新西兰方案，还是允许柱出现塑性铰但控制其出现时间和程度的方案，梁端始终都是引导出现塑性铰的主要部位，所以都希望梁端的塑性变形有良好的延性（即不丧失基本抗弯能力前提下的塑性变形转动能力）和良好的塑性耗能能力。因此除计算上满足一定的要求外，还要通过的一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性，如：
1控制受拉钢筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率，前者是为了使受拉钢筋屈服时的混凝土受压区压应变与梁最终破坏时的极限压应变还有一定的差距（梁的最终破坏一般都以受压区混凝土达到极限压应变，混凝土被压碎为标志的）；后者是保证梁不会在混凝土受拉区刚开裂时钢筋就屈服甚至被拉断。
2保证梁有一定的受压钢筋。受压钢筋可以分担部分剪力，减小受压区高度，另外在大震下，梁端可能出现正弯距，下部钢筋有可能受拉，。
3保证箍筋用量，用法。箍筋的作用有三个，一是抗剪，这在前文已经说过，这里不再充分；二是规定箍筋的最小直径，保证纵筋在受压下不会过早的局部失稳；三是通过箍筋约束受压混凝土，提高其极限压应变和抗压强度。
4对截面尺寸有一定的要求。规范规定框架梁截面尺寸宜符合下列要求：1>截面宽度不宜小于200mm；2>截面高度与宽度的比值不宜大于4；3>净跨与截面高度的比值不宜大于4。在施工中，如梁宽度太小，而梁上部钢筋一般都比较多，会使混凝土的浇注比较困难，容易造成混凝土缺陷；在震害和试验中多次发生过腹板较薄的梁侧向失稳的事例，因此提出要求了2；一般我们把跨高比小于5的梁称为深梁，深梁的抗弯和抗剪机理与一般的梁（跨高比大于5的梁）有所不同，所以我们在设计中最好能避免设计成深梁，如果实在不能避免，就要去看专门的设计方法和规造措施。
柱的构造措施也和梁差不多，但是柱除了受弯距和剪力以外，还要承受轴力（梁的轴力一般都很小，在设计中都不予以考虑），尤其是高层建筑，轴力就更大了，所以柱还有对轴压比的限制，其中对不同烈度下有着不同延性要求的结构有着不同的轴压比限值；另外，柱端箍筋用量的控制条件不是简单的用体积配箍率，而是用配箍特征值，它同时考虑了箍筋强度等级和混凝土强度等级对配箍量的影响。
高强度混凝土（C60以上）的极限压应变都比一般混凝土（C60及其以下）要小一些，而且强度越高，小的越多；另外，强度越高，混凝土破坏时脆性特征越明显，这些对于抗震来说是不利的。
3．常用的抗震分析方法
结构抗震设计的首要任务就是是对结构最大地震反应的分析，以下是一些常用的抗震分析方法：
1．底部剪力法
底部剪力法实际上时振型分解反应谱法的一种简化方法。它适用于高度不超过40m，结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构，此时假设结构的地震反应将以第一振型为主且结构的第一振型为线性倒三角形，通过这两个假设，我们可近似的算出每个平面框架各层的地震水平力之和，即“底部剪力”，此方法简单，可以采用手算的方式进行，但精确度不高。
2．振型分解反应谱法
振型分解反应谱法的理论基础是地震反应分析的振型分解法及地震反应谱概念，它的思路是根据振型叠加原理，将多自由度体系化为一系列单自由度体系的叠加，将各种振型对应的地震作用、作用效应以一定方式叠加起来得到结构总的地震作用、作用效应。此法计算精度高，但计算量大，必须通过计算机来计算。
3．弹性时程分析
弹性时程分析法，也称为弹性动力反应分析。所谓时程分析法就是将建筑物作为弹性或弹塑性振动系统，直接输入地面地震加速度记录，对运动方程直接积分，从而获得计算系统各质点的位移，速度，加速度和结构构件地震剪力的时程变化曲线。而弹性时程分析法就是把建筑物看成是弹性振动系统。
4．非线（弹）性时程分析
2抗震设计与建筑设计方案
抗震设计与建筑方案虽然在多方面表现是矛盾的，但不是不可协调的。设计师们广开思路，运用现代科技手段，是可以设计出优秀的建筑作品的。
1）对于建筑外部整体平面布局的设计要求
可将复杂的建筑平面进行分割设计，采用设置变形缝的方法，将其分成若干个规整单元，既能满足抗震规范要求，也不会破坏平面使用功能和整体造型。对于有些观点提出的变形缝不好看，影响立面效果，设计师可以通过将该部位两侧主体错位设计方法，即利用视觉差，弱化人们对变形缝的直观感觉；对于要彻底消除变形缝影响，则需借助外装饰构件，可采取外装饰幕墙等轻质构件对外立面的变形缝进行装饰处理。抗震设计要求结构主体设置变形缝，并规定相应变形缝宽度，是防止在地震时建筑物间晃动、碰撞造成结构主体的破坏，由于轻质外装饰构件会在地震时变形破坏，不会对建筑物主体结构产生约束作用。所以，通过轻质外装饰材料的设置，可以解决由于设置变形缝引来的美观问题，并且不会影响到结构主体抗震性能。
2）对于住宅类型建筑
由于其使用功能单一，房间分隔墙较多，结构沿竖向布局比较均匀，一般只是平面形状变化较大，只要结构设计师按照建筑平面方案合理布置结构抗震构件，采用框架、框架-剪力墙结构、剪力墙结构等一般常规结构形式都可以满足本地区抗震设计要求。对于高层住宅底部要求设置商业用途的建筑，应该优先选用转换结构体系。有些结构设计人员不愿意做转换结构，认为转换了，结构受力复杂了，造价增加了，往往在设计中过度减小剪力墙长度、剪力墙开较大洞口的方法，来满足建筑对底部大空间的使用要求。但即使是这样做也不会完全适应建筑功能的要求，同时由于剪力墙不适当减少及剪力墙的不合理布置，也影响到建筑整体的抗震性能，造成结构配筋不合理。合理的采用转换结构体系，既不会给建筑物抗震带来不利影响，也不会过多的增加工程整体造价。建筑功能上可以最大限度地满足建筑设计方案的初衷，结构的抗震性能达到优化，使建筑物整体含钢量达到最低。
3）对于公建类型建筑
由于其平面使用功能的不确定性，各个楼层间使用功能不统一的特点，故不宜过多采用剪力墙，剪力墙设置应在电梯间、楼梯间等较为固定使用空间的部位。要求建筑设计师在平面布局中加以考虑，在考虑建筑功能需要的同时，也兼顾结构抗震设计的合理性布置。由于对空间的需求，框架体系元素更多地运用在公建类型的建筑中。由于建筑高度较高，各层使用荷载较大，使得钢筋混凝土框架柱截面一般较大，即使是采用高标号混凝土的钢筋混凝土柱截面也会很大；适当在抗震性能要求较高的部位，采用型钢混凝土及钢管混凝土的结构体系更加合理，既有混凝土结构的刚度，又有钢结构的良好延展性，可以让该混合结构在抵抗地震灾害时发挥最大的作用。对于大跨度的框架梁，也可以多采用型钢结构及型钢混凝土结构，既可以提高建筑的水平抗震性能，也有效的降低框架梁的高度。对于预应力梁的运用，不建议大量使用，虽然预应力梁的采用可以降低框架梁的高度，但其性质类同于普通钢筋混凝土梁，且对梁端约束要求较大，协调变形能力一般。
4）随着现代科学技术的发展
高层建筑的高度已经不是制约建筑设计的主要问题了，通过计算机软件的抗震模拟计算，使更多的高层建筑的设计方案得以优化。高层建筑设计方案中存在的主要问题是结构体系的选择，随着建筑高度的增加，结构柱截面会增大，剪力墙数量也会增多，对建筑内部平面功能影响较大。一般结构设计师会根据常规经验先选择框架结构，然后框架-剪力墙结构、剪力墙结构，最后选择框筒结构以及钢和混凝土混合结构。认为这样可以节省造价。实际上这是一个误区，只有根据建筑使用功能特点，合理选用结构形式才是降低成本的最好途径。隔震设施及减震设施已在许多工程得到了应用，通过实验室内地震模拟实验及国内外一些实际工程中应用的经验，会逐步在更多的现代建筑设计中得到应用及发展，也会给建筑设计方案的创作带来最大的自由度。
摘要；文章阐述了抗震设计方法的转变，并介绍了两种不同设计方法的优缺点，对能量分析方法在抗震结构计算中的应用进行了分析。
关键词：推覆分析方法；结构能量反应分析；地震动三要素；耗散能量
目前世界各国的抗震设计规范大多数都以保障生命安全为基本目标，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防水准，据此制定了各种设计规范和条例。依此设计思想设计的各种建筑物在地震中虽然基本保证了生命安全，却不能在大地震，甚至在中等大小的地震中有效的控制地震损失。特别是随着现代工业社会的发展，城市的数量和规模不断扩大，城市变成了人口高度密集、财富高度集中的地区，一般的地震和1995年的日本阪神地震，造成了巨．大的经济损失和人员伤亡。严重的震害引起工程界对现有抗震设计思想和方法上存在的不足进行深刻的反思，进一步探讨更完善的结构抗震设计思想和方法已成为迫切的需要。上个世纪九十年代，美国地震工程和结构工程专家经过深刻总结后，主张改进当前基于承载力的设计方法。加州大学伯克利分校的J.P.Moehlelll提出了基于位移的抗震设计理论；日本建设省建筑研究院根据建筑物的性能要求，提出了一个有关抗震和结构要求的框架，内容包括建议方案，性能目标，检验性能水准等：我国学者已认识到这一思潮的影响，并在各自研究领域加以引用和研究，如王亚勇、钱镓茹、方鄂华、吕西林分别发表了有关剪力墙、框架构件的变形容许值的研究成果，程耿东采用可靠度的表达形式，将结构构件层次的可靠度应用水平过渡到考虑不同功能要求的结构体系，王光远把这一理论引入到结构优化设计领域，提出基于功能的抗震优化设计概念。
我国现行的结构抗震设计，主要是以承载力为基础的设计，即用线弹性方法计算结构在小震作用下的内力、位移；用组合的内力验算构件截面，使结构具有一定的承载力；位移限值主要是使用阶段的要求，也是为了保护非结构构件；结构的延性和耗能能力是通过构造措施获得的。结构的计算分析方法基本上可以分为弹性方法和弹塑性方法。当前在建筑结构抗震设计和研究中广泛地采用底部剪力法和振型分解反应谱法等。这些方法没有考虑结构屈服之后的内力重分布。实际上结构在强震作用下往往处于非线性工作状态，弹性分析理论和设计方法不能精确地反映强震作用下结构的工作特性，让结构在强震作用下处在弹性工作状态下工作将造成材料的巨大浪费，是不经济的。随着人们认识的提高，结构的地震反应分析设计方法经过了两个文献的转变：(1)静力分析方法到动力分析方法的转变：(2)从线性分析方法到非线性分析方法的转变。其中动力分析方法就经过了从振型分解反应谱法到时程分析法、从线性分析到非线性分析、从确定性分析到非确定性分析的三个大的转变。作为一种简化实用近似方法，目前的推覆分析方法(Push—overAnalysis)受到众多学者的重视。它属于弹塑性静力分析，是进行结构在侧向力单调加载下的弹塑性分析。具体做法是在结构分析模型上施加按某种方式(研究中常用的有倒三角形、抛物线和均匀分布等侧向力分布方式)模拟地震水平惯性力作用的侧向力并逐步单调加大，使结构从弹性阶段开始，经历开裂、屈服直至达到预定的破坏状态甚至倒塌。这样可了解结构的内力、变形特性和能量耗散及其相互关系，塑性铰出现的顺序和位置，薄弱环节及可能的破坏机制。这种方法弥补了传统静力线性分析方法如底部剪力法、振型分解法等的不足并克服了动力时程分析方法过程中，计算工作量大的问题，仅用于近似评估结构抵御地震的能力。但是，传统的推覆分析方法基本上只适用于第一振型影响为主的多层规则结构，对于高层建筑或不规则的建筑，高阶振型的影响不容忽视，并且对于非对称结构，还必须考虑正、反侧反推覆的不同所带来的影响。此外推覆分析方法无法得知结构在特定强度地震作用下的结构反应和破坏情况，这限制了它在抗震性能设计中的使用地震动能量是刻画地震强弱的综合指标，它综合体现了地面最大加速度和地震持时两个反映地面运动特性的重要因素。结构地震反应的能量分析方法是一种能较好地反映结构在地震地面运动作用下的非线性性质及地震动三要素(幅值、频谱特性和持时)对结构抗震性能影响的方法。地震时，结构处于能量场中，地面与结构之间有连续的能量输入、转化与耗散。研究这种能量的输入与耗散，以估计结构的抗震能力，是结构抗震能量分析方法所关心的问题。结构在地震(反复交变荷载)作用下，每经过一个循环，加载时先是结构吸收或存储能量，卸载时释放能量，但两者不相等。两者之差为结构或构件在一个循环中的“耗散能量”(耗能)，亦即一个滞回环内所含的面积。能量等于力与变形的乘积。一个结构(构件)所耗散的地震能量多，不仅因为它承担了较大的地震作用，还因为它产生了较大的变形。从这个意义上来看，耗能构件是用它自身某种程度破坏所作的牺牲，来维持整个结构的安全。所以，每次大的地震作用之后，人们看到那些没有其它途径耗散所吸收的地震作用的能量的结构，只有通过结构自身的破坏来释放所有的多余能量。因此，结构的抗震设计应当注意保证结构刚度、强度和变形能力的协调与统一，如结构的延性设计就是在传统的单一强度概念条件下进行的弹性抗震设计的基础上，充分考虑结构和构件的塑性变形能力，在设防烈度下允许结构出现可能修复的损坏，当地震作用超过设防烈度时，利用结构的弹塑性变形来存储和消耗巨大的地震能量，保证结构裂而不倒。
能量法在近半个世纪的研究中发现较快，但由于地震本身的复杂性能量与结构反应之间的关系仍需我们进行进一步的探索。
抗震墙广泛用于多层和高层钢筋混凝土房屋，规范规定的现浇钢筋混凝土结构房屋中,除框架结构外，其余几种结构体系均与剪力墙有关，所以有必要对剪力墙结构作一个重点研究。
在受力方面，因为剪力墙的刚度大，容易满足小震作用下结构尤其是高层结构的位移限值。在地震作用下，其变形小，破坏程度低，可以设计成延性抗震墙，大震时通过连梁和墙肢底部的塑性铰范围内的塑性变形，耗散地震能量，在与其他结构共同工作的同时，能吸收大部分的能量，降低其他结构的抗震要求，在设防较高的地区（8度及区以上地区）优点更为突出。
抗震墙由墙肢和连梁两部分组成。设计时应遵循强墙弱梁、强剪若弯的原则。即连梁的屈服先于墙肢，连梁和墙肢均应为弯曲屈服。与旧规范相比，新规范在剪力墙抗震设计特别是在抗震构造方面有比较大的变化。主要包括：
（1）底部加强区高度的变化；
（2）墙肢组合截面的弯矩、剪力设计值和连梁组合的设计值；
（3）分布钢筋的最小配筋率；
（4）增加了剪力墙的轴压比的限值；
（5）将边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件；两种边缘构件的构造不同，加强了应加强的部位，放松了可放松的部位，使抗震墙的设计更具合理性；
（6）新规范取消了旧规范的“弱连梁”和“小墙肢”的术语，代之以“跨高比”和墙肢长度和厚度的比值，应当说在概念上是没有区别，但89规范虽然对“弱连梁”作了规定，但在设计中难以确定什么是弱连梁。
在进行抗震墙设计时应注意如下的要求：
1、抗震墙的布置要求：作为主要的抗侧力构件，合理的布置是构建良好抗震性能的基础。应遵循“”即“对称、均匀、周边、连续”外，还须注意：
（1）将长墙分成墙段：对于抗震墙结构和部分框支抗震墙结构，若内纵墙很长，且连梁的跨高比小、刚度大，则墙的整体性好，在水平地震作用下，墙的剪切变形较大，墙肢的破坏高度可能超过底部加强部位的高度，新规范规定将长墙分成墙段，使墙的高宽比大于2。墙段由墙肢和连梁组成。旧规范也有相同的规定。二者的区别在于连梁。旧规范为弱连梁，而新规范为跨高比不小于6的连梁，其目的是：设置刚度和承载力较小的连梁，在地震作用下可能先破坏，使墙段成为抗侧力单元，且墙段以弯曲变形为主。
（2）避免墙肢长度突变：抗震墙和部分框支抗震墙结构的墙肢的截面长度，沿高度不宜有突变，当抗震墙的洞口比较大时，以及一、二级抗震墙的底部加强区，不宜有错洞布置的剪力墙。
2、框支层墙体的布置要求：
（1）对框支层刚度的要求：部分框支的抗震墙结构的框支层，抗震墙减少，侧向刚度降低，在地震作用时有可能将变形集中在框支层，框支层是使结构具有良好抗震性能的关键部位。对于矩形平面的部分框支抗震墙结构，为避免框支层成为薄弱层或软弱层，新规范第规定：框支层的侧向刚度不应小于上一层非框支层侧向刚度的50％（应该说规范的要求并不过分，设计时应尽量避免这种对抗震极为不利的结构形式。与建筑师一起努力，为建造牢固的建筑产品而共同奋斗）。新规范取消了旧规范对框支层落地剪力墙数量的规定，从设计上讲比原规范抽象但却更加合理，所以我建议：在平面布置时可以借用原规范的数量控制作为直观的手段，然后进行量化计算。
（2）框支墙落地的间距不宜过大：框支层的水平地震剪力主要由落地剪力墙承担，作用在紧邻框支层的上一层非落地剪力墙的水平力亦通过框支层楼板传到落地墙，为保证楼板有足够大的平面内刚度（传递水平力），新规范规定：落地墙的最大水平间距不宜大于24米，取消了原“四开间”的含糊概念。另外，新旧规范均对框支层楼板提出了具体的特殊规定（详见附录），希望能引起设计者的高度重视。
（3）部分落地墙宜设计成筒体，以增加抗扭刚度和抗侧刚度。此条在实践中似较难作到，但须与建筑专业很好协调的话，相信一定会有很明显的效果。
3、框架-抗震墙结构的抗震墙布置要求：框架-抗震墙结构在实际工程中运用最多（对高层而言）。布置要点是：位置和数量，抗震墙的数量以满足刚度即满足层间位移限值为宜，位置相对灵活，但应符合规范相关的具体规定。
（1）沿房屋高度，抗震墙宜连续布置，宜全长贯通，避免切断，且洞口宜上下对齐，避免墙肢长度的突变。对外墙而言较容易作到，这与上述的“”相统一，内墙有时相对较困难。
（2）不宜开大洞口，避免削弱抗震墙的刚度。虽然取消了旧规范对洞口面积的限值的规定，但在实际中对此条规定较难掌握，由此引起的争执亦屡见不鲜。
（3）洞边距柱端（指距柱内侧）不小于300㎜，以保证柱作为边缘构件的作用和约束边缘构件的长度。
（4）双向抗侧力的结构形式。且纵横墙宜相连，使彼此成为有翼缘的剪力墙，不但可以增加刚度，同时还能有效地提高塑性变形的能力。
（5）对于较长的房屋，不宜在房屋的端部设剪力墙，以避免温度应力对剪力墙的不利影响。
（6）对于一、二级抗震墙，其连梁的跨高比不宜大于5。且高度不小于400㎜。连梁有较大的刚度，可保证墙体的整体性能良好并能增大耗能能力。
（7）柱中线与梁、墙中线不宜大于柱宽的1/4，以减少地震作用对柱的扭转效应。否则应通过加水平腋的方法或者加强柱内配箍率等方法加以弥补。
4、抗震墙及连梁的截面尺寸的有关规定：新老规范基本相似，但具体数值并不相同。主要包括：截面尺寸、最大剪压比、最小墙体厚度等。
（1）最大剪压比限值：对剪跨比大于2的剪力墙和跨高比大于2.5的连梁，剪压比不应大于0.2；剪跨比小于2的剪力墙和跨高比小于2.5的连梁，剪压比不大于0.15。原因是：剪跨比小的墙和跨高比小的连梁其剪切变形较大，甚至以剪切变形为主，故对剪压比的要求应更严格一些。实验表明：剪压比超过一定值时，将过早出现斜向裂缝,增加水平筋和箍筋的方法没有作用，在箍筋水平筋未屈服前混凝土即已在剪压的共同作用下破碎。合理的方法是：加大混凝土强度等级，加厚墙梁或加长墙的长度，但不宜加高梁的高度。在计算墙肢的剪跨比时弯矩和剪力均取地震作用下的效应组合的计算值，当楼层上下端计算弯矩不同时，取较大值。
1.1低地震力取值的可行性
到二十世纪八十年代，各国设计规范都承认这样一个事实，就是在地震作用下，结构在真正失效前，有一个较大的塑性变形能力（结构延性），即结构在一个较小的地震下可能达到或者接近屈服状态；而在较大的地震下，结构的若干部位将陆续进入屈服后的非弹性变形状态，并且随着地震力的增大，结构中进入弹塑性变形的部位增多，先进入屈服的部位弹塑性变形也增大。结构通过这种变形耗散较多的地震传来的能量，将其转换成热能。
对于“设计地震力－延性”联合法则，我们可以从地震力和结构相互关系上进行理解：一方面设计地震力低的结构，通过更大的非弹性变形耗散掉更多的地震能量；另一方面结构非弹性变形越大，刚度降低越严重，阻尼增大，周期比高设计地震力的结构增长越多，结构受到的总地震力也降低也越多。这就使得我们在设计过程中，在不降低构件竖向承载力保证结构延性的前提下，可以取用一个小于设防烈度地震反应水准作为设计中取用的地震作用。反过来讲，若采用的设计地震力越低，结构屈服部位在屈服后水平和竖向承载力不降低的前提下需要达到的非弹性变形就越大，也就需要结构有更好的延性性能。
这样，我们就需要解决如下两个问题：
A．如何在设防烈度地震作用与设计地震力取值之间建立恰当的联系；
B．如何在设计地震力与所要求的结构延性建立对应关系。
对于问题A，以N.M.Newmark为代表的众多学者认为，将设防烈度地震加速度通过地震力降低系数R（中，美等国）或结构性能系数q（欧共体，新西兰等）折减为结构设计加速度，相当于赋予结构一个较小的屈服承载力，结构在竖向承载力不降低的情况下，通过屈服后的非弹性变形来经受更大的地震，实现“大震不倒”的目标。因而，采用低设计地震力的关键在于保证结构及构件在大震下达到所需的延性。对于地震力降低系数R或结构性能系数q，各国设计规范存在略为不同的处理手法，不过总体而言R或q均为设防烈度地震作用与结构截面设计所用的地震作用的比值。R或q越大，则要求结构达到的延性能力越大，R或q越小，则结构需要达到的延性能力越小。这样均能实现“大震不倒”。
对于问题B，国外一般有如下三种设计方案：（1）较高地震力——较低延性方案；（2）中等地震力——中等延性方案；（3）较低地震力——较高延性方案。高地震力方案主要保证结构的承载力，低地震力方案主要保证结构的延性。实际震害表明，这三种方案，从抗震效果和经济性来看，都能达到设防目标。我国的抗震设计采用的是方案（3）即较低地震力——较高延性方案，即采用明显小于设防烈度的小震地面运动加速度来确定结构的设计地震作用，并将它与其他荷载内力进行组合，进行截面设计，通过钢筋混凝土结构在屈服后的地震反应过程中形成较为有利的耗能机构，使结构主要的耗能部位具有良好的屈服后变形能力来实现“大震不倒”的目标。当然，我们还要看到一点，虽然这三个方案都能保证“大震不倒”，但是在改善结构在中小地震下的性态方面，方案（3）仅仅提高结构的延性水平而结构的屈服水准并没有明显提高是明显不如方案（1）和（2）的。也就是说，在保证“小震不坏，中震可修”方面，方案（1）和（2）是优于方案（3）的。
地震动以波的形式在地下及地表传播，由于震源特点、断层机制、传播途径等因素的不确定性，具有很大随机性。要想得出地震动对于不同结构有什么不同的反应，就需要在地震动特性与结构反应架起一座桥梁。由于地震动反应谱的形状特征反应了不同类型结构动力最大反应的特点，所以各工程中一般采用地震影响系数谱曲线作为计算地震作用的依据。
我国的谱曲线综合考虑了烈度、震中距、场地类别、结构自振周期和阻尼比的影响。根据新修订的中国地震动参数区划图，给出了抗震设防烈度（中震）下的设计基本地震加速度。通过对震级、震中距、场地类别等因素对结构反应谱的影响，抗震规范把动力放大系数取为2.25。根据统计资料，多遇地震烈度比基本烈度降低约1.55度，相当于地震作用降低0.35倍，即地震力降低系数为1/0.352.8。从而得到小震时结构的设计加速度，其值与重力加速度的比值即为小震时水平地震影响系数最大值。
与其他国家相比，我国的地震力降低系数R2.7~2.8，其取值与新西兰“有限延性框架”相当（R=3）；介于欧洲共同体低延性DC“L”（R=2.5）和中延性DC“M”（R=3.75）之间；比美国的“一般框架”（R=3.5）还要略小些。单纯从R的角度来看，似乎中国规范在大震下的延性需求和其他国家相比处在“中等延性结构”水平。但是中国设防烈度下水平地面运动的峰值加速度系数的取值，要比其他各个国家的低（见下表）。结构动力放大系数相差不大都在2.25附近，而且我国的谱曲线平台段与其他国家相比很小，下降段较陡，造成反应谱的取值较其他国家的低，实质上中国R＝2.8相当于欧共体的R＝5.0左右，所以实质上，我国采用的是“较低地震力——较高延性”方案。在大震下所需要的延性需求与其他国家相比，应该属于高延性需求。
各国规范
美国UBC1997
新西兰NZS3101
欧洲EC8
中国GB50011-2001
加速度系数
0.075~0.40
0.21~0.42
0.12~0.36
0.05~0.40
1.2地震作用计算
随着反应谱理论的不断成熟，各个国家对地震力在结构上的作用，都接受了底部剪力法和振型分解反应谱法等方法。我国规范规定：
底部剪力法适用于高度不超过40m，以剪切变形为主且质量刚度沿高度分布均匀的结构，以及近似单质点的结构。结构的总地震力由确定，然后再沿高度按倒三角形分布分配，并考虑了地震中可能顶部地震力增大的顶点附加集中力。
振型分解反应谱法适用于当前现有大多数建筑结构体系。通过振型组合考虑各周期不同的振型在地震反应中的参与程度。对不进行扭转计算的结构，先确定各振型在各质点的水平地震作用标准值，在按照公式确定水平地震作用效应；对进行扭转耦联计算的结构，其楼层取两个正交水平位移和转角位移三个自由度，确定各振型在各楼层两水平方向和转角方向的地震作用标准值，按或确定水平地震作用效应。
规范同时还规定，对特别不规则的建筑，甲类建筑，规范表5.1.2－1所列高度范围的高层建筑，应用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。另外一般弹性时程法分析的结果有利于判断薄弱层部位。
对于9度地区高层建筑考虑竖向地震力，采取与底部剪力法类似的方法，只是竖向地震力的取值约为水平地震力取值的0.57倍左右。
对于长周期结构，地震作用中的地面运动加速度和位移可能对结构具有更大的影响，而振型分解反应谱法无法对此作出估计，新规范同时还增加了楼层水平地震剪力最小值的要求，见抗震规范5.2.5条。
2结构抗震变形验算
抗震设防三水准的要求是通过两阶段设计来保证的：多遇地震下的承载力验算，建筑主体结构不受损，非结构构件没有过重破坏保证建筑正常使用功能；罕遇地震作用下建筑主体结构遭遇破坏，但不倒塌。结构抗震变形验算是两阶段设计很重要的内容。
第一阶段设计，变形验算以弹性层间位移角表示。以保证结构及非结构构件不开裂或开裂不明显，保证结构整体抗震性能。新规范增加了变形验算的范围，对以弯曲变形为主的高层建筑可以扣除结构的整体弯曲变形，因为这部分位移对结构而言是无害位移，只是人的舒适度感觉不同而已，
第二阶段的变形验算为罕遇地震下薄弱层弹塑性变形验算，以弹塑性层间位移表示。根据震害经验、实验研究和计算结果分析提出了构件和节点达到极限变形时的层间极限位移角，防止结构薄弱层弹塑性变形过大引起结构倒塌。规范对验算的范围有明确规定，但考虑到弹塑性变形计算的复杂性和缺乏实用软件，对不同建筑有不同要求。在以后发展中可以把验算范围推广到更大，甚至可以基于位移控制法来设计结构，满足某些类型的建筑对结构位移的特殊要求，来保证结构的位移在可接受范围。
需要说明的是，现阶段的位移控制和抗震设计还限于单一地震下结构的反应。如何有效考虑在地震高发区及多次地震下累积损伤对结构变形和抗震性能的影响，保证结构整个寿命期内的安全，需要进一步的研究。
3以框架结构为例谈抗震概念设计
由于建筑抗震设计的复杂性，在实际工程中抗震概念设计就显得尤为重要。它主要包括以下内容：建筑设计应注意结构的规则性；选择合理的建筑结构体系；抗侧力结构和构件的延性设计。本文以框架为例重点介绍抗震概念设计中的能力设计法（capacitydesign）。
能力设计法是结构延性设计的主要内容，包括我国规范的内力调整和构造两个方面。它是二十世纪70年代后期，新西兰知名学者T.Paulay和Park提出的钢筋混凝土结构在设计地震力取值偏低的情况下具有足够延性的方法。其核心思想为：通过“强柱弱梁”引导结构形成“梁铰机构”或者“梁柱铰机构”；通过“强剪弱弯”避免结构在达到预计延性能力前发生剪切破坏；通过必要构造措施使可能形成塑性铰的部位具有必要的塑性转动能力和耗能能力。从以上三个方面保证使结构具有必要的延性。框架结构作为常见的结构形式，当然其延性设计也主要是从这三个方面来体现的。
3.1强柱弱梁
结构动力反应分析表明，结构的变形能力和破坏机制有关。常见有三种典型的耗能机构，“梁铰机构”、“柱铰机构”、“梁柱铰机构”。“梁铰机构”和“梁柱铰机构”的梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移大，塑性铰数量多，不因个别塑性铰失效而结构整体失效。因而抗震性能好，是钢筋混凝土理想的耗能机构。我国规范采用的是允许柱子、剪力墙出铰的梁柱铰方案，采取相对的“强柱弱梁”措施，推迟柱子的出铰时间。但不能完全排除出现薄弱层的柱铰机构的可能性，因而需要限制柱子的轴压比，必要时通过时程分析法判断结构的薄弱层，防止出现柱铰机构。
我们常见的“强柱弱梁”的调整措施就是要人为增大柱子的抗弯能力，诱导在梁端先出现塑性铰。这是考虑到柱中实际弯矩在地震中的可能增大。在结构出现塑性铰之前，结构构件因拉区混凝土开裂和压区混凝土的非弹性性质，钢筋与混凝土之间的粘结退化，使得各构件刚度降低。梁刚度降低较受压的柱子相对严重，结构由最初的剪切型变形向剪弯形变形过渡，柱内的弯矩较梁端的弯矩比例增大；同时结构的周期加长，影响到结构各振型的参与系数的大小；地震力系数发生变化，导致部分柱子弯矩增大，由于构造原因及设计中钢筋的人为增大，使得梁的实际屈服强度提高，从而使得梁出现塑性铰时柱内弯矩增大。结构出现塑性铰之后，同样有上述原因的存在，而且结构屈服后的非弹性过程就是地震力进一步增大的过程，柱弯矩随地震力的增大而增大。地震力引起的倾覆力矩改变了柱内的实际轴力。我们规范中的轴压比限值一般能保证柱子在大偏压的范围内，轴力的减小也能导致柱子屈服能力的降低。
抗震规范规定：除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱以外，柱端弯矩设计值应符合分别为一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1。9度及一级框架结构尚应符合，根据实配钢筋面积及材料强度标准值确定。底层柱轴力大，塑性转的能力差，为避免柱脚出铰后压溃，一、二、三级框架结构底层，柱端截面组合弯矩设计值分别乘以增大系数1.5，1.25和1.15。角柱的调整后的组合弯矩尚应乘以不小于1.10的系数。对一级抗震等级的剪力墙肢截面组合弯矩设计值进行调整，迫使塑性铰出现在墙肢底部加强部位，底部加强部位及以上一层弯矩设计值取墙肢底部截面组合弯矩设计值，其它部位乘以1.2的增大系数。对部分框支抗震墙结构，一、二级框支柱的柱上端和底层柱下端，其组合弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5和1.25。
以上“强柱弱梁”的调整措施，经过非线性动力反应分析表明，基本满足大震不倒地要求。在7度区，梁的钢筋由重力荷载控制，柱的钢筋基本由最小配筋率控制。全面增大了柱梁相对抗弯能力。同时，7度区很难出现正弯矩塑性铰，对抵抗大震起到有利作用。在9度区，采用实配钢筋面积和材料强度标准值计算柱内弯矩，构造上梁钢筋的增大同样导致柱内弯矩设计值的增大，在多波输入下，梁端塑性铰转动大，发展较充分，柱端塑性铰发展不充分，转动较小。塑性变形更多集中与梁端，满足抗震能力设计要求。对8度区，其大震位移反应同9度差不多，但柱端塑性铰较9度多，转动大，梁端塑性铰出现充分但转动小，因而“强柱弱梁”效果不明显，有关专家建议8度二级抗震等级时，弯矩增大系数宜取1.35，这有待进一步的完善。
3.2强剪弱弯
“强剪弱弯”是为了保证塑性铰截面在达到预期非弹性变形之前不发生剪切破坏。就常见的结构而言，主要表现在梁端、柱端、剪力墙底部加强区、剪力墙洞口连梁端部、梁柱节点核心区。与非抗震相比，增强措施主要表现在提高作用剪力；调整抗剪承载力两个方面。
3.2.1作用剪力
一、二、三级框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁，剪力设计值其中，一级取1.3，二级取1.2，三级取1.1，一级框架结构及9度尚应符合。一、二、三级框架柱和框支柱，剪力设计值其中，一级取1.4，二级取1.2，三级取1.1，一级框架结构及9度尚应符合。一、二、三级抗震墙底部加强部位，剪力设计值其中，一级取1.6，二级取1.4，三级取1.2，9度尚应符合。梁柱节点，一、二级抗震等级进行节点核心区抗震受剪承载力验算，三四级应符合抗震构造措施，对9度设防及一级抗震等级的框架结构，考虑到梁端已出现塑性铰，节点的剪力完全由梁端实际屈服弯矩决定，按梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算，同时乘以1.15的增大系数。其它一级按梁端弯矩设计值计算，剪力增大系数为1.35，二级为1.2。
3.2.2抗剪公式
国内外低周反复荷载作用下钢筋混凝土连续梁及悬臂梁受剪承载力实验表明，混凝土剪压区剪切强度的降低、斜裂缝间骨料咬合力及纵筋暗销力的降低是梁受剪承载力降低的主要原因。规范对混凝土的受剪承载力降为非抗震的60％，钢筋项没有降低。同样，对偏压柱受剪承载力实验表明，反复加载使柱受剪承载力降低10％~30%，主要由混凝土项引起，采取与梁相同的作法。对剪力墙的实验表明，其反复加载比单调加载受剪承载力降低15％~20%，采用非抗震受剪承载力乘以0.8的折减系数。梁柱节点的抗震受剪承载力由混凝土斜压杆和水平箍筋两部分受剪承载力组成，有关专家给出了相关公式。
为了防止梁、柱、连梁、剪力墙、节点发生斜压破坏，我们对受剪截面规定了受剪承载力上限，即规定了配箍率的上限值。
通过非弹性动力反应分析表明，以上措施基本满足强剪弱弯的要求。由于二级抗震等级梁柱在大震下塑性转动仍很大，有关专家建议剪力增大系数不宜比一级相差过大，对梁取1.25较好，对柱宜取1.3~1.35。其取值的合理性有待于进一步完善。
需要说明的是，梁柱节点受力非常复杂，要保证梁柱钢筋在节点中的可靠锚固，同时在梁柱端发生抗弯破坏前，节点不发生剪切破坏，其实质应属于“强剪弱弯”的范畴。而且，节点仅对一、二级抗震等级的剪力进行调整，其增大系数比柱的要小，构造措施也比柱端弱些。因而，“更强节点”的说法，不值得提倡。
3.3构造措施
构造措施是梁、柱、剪力墙塑性铰区要达到实际需要的塑性转动能力和耗能能力的保证。它与“强剪弱弯”、“强柱弱梁”相互关联，一起保证结构的延性。“强剪弱弯”是保证塑性铰转动能力和耗能能力的前提；“强柱弱梁”的严格程度，影响相应的构造措施，若实行严格的“强柱弱梁”，保证柱子除底部外不出现塑性铰，相应的轴压比等构造措施就要松些。我国采取相对的“强柱弱梁”，延缓柱子出铰的时间，所以需要采取较严的构造措施。
3.3.1梁的构造措施
梁塑性铰截面的延性与很多因素有关，截面延性随受拉钢筋配筋率及屈服强度的提高而降低；随受压钢筋配筋率和混凝土强度提高而提高，随截面宽度增大而增大；塑性铰区的箍筋可以防止纵筋的压屈、提高混凝土极限压应变、阻止斜裂缝的开展、抵抗剪力，充分发挥塑性铰的变形和耗能能力；梁高跨比越小，剪切变形比例越大，易发生斜裂缝破坏，使延性降低。梁纵筋配箍率过低，梁开裂后钢筋可能屈服甚至拉断。因而，规范对于梁纵筋最大配筋率和最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率都有严格规定。为了抵抗梁端可能的正弯矩，保证截面延性，对梁端拉压钢筋面积比作出了限制。同时，还对梁的最小宽度、跨高比、高宽比做了规定。
3.3.2柱的构造措施
柱为压弯型受力构件，轴压比对延性及耗能性影响较大。轴压比小时，柱子发生大偏压破坏，构件变形大，延性好，但耗能性降低；随轴压比的增大，耗能性增大，但是延性急剧下降，而且箍筋对延性的帮助减小。我们对于采用低地震力设计的柱子，主要保证其延性，而耗能性放到第二位。规范对轴压比作出了限制，一般能保证在大偏压的范围内。箍筋同样也对延性起到很大的作用，约束纵筋、提高混凝土压应变、阻止斜裂缝发展。柱一般为对称配筋，其纵筋配筋率越大，柱子屈服时变形越大，延性越好。因而对柱子的纵筋最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率做出了严格规定。同时对柱子的高宽比、剪跨比、截面最小高度、宽度做出了规定，以提高抗震性能。
3.3.3节点构造措施
节点作为梁柱钢筋的锚固区，对结构性能影响很大。为保证在地震和竖向荷载作用下，节点核心区剪压比偏低时为节点核心区提供必要的约束，保持节点在不利情况下的基本抗剪能力，使梁柱纵筋可靠锚固，对节点核心区的箍筋最大间距、最小直径、体积配箍率做出了规定。梁柱纵筋在节点的可靠锚固是节点构造措施的主要内容。规范对梁筋过中节点的直径；对梁柱纵筋锚固长度；锚固方式都有详细的规定。
3.3.4剪力墙构造措施
为保证剪力墙的延性和耗能能力，为墙肢提供约束，防止出现大的裂缝，规范对剪力墙的边缘构件做出了详细规定；同时也对剪力墙的轴压比作出了限制；为保证剪力墙的承载力和侧向刚度，对剪力墙提出了最小墙厚的要求；为防止斜拉剪切破坏，限制斜裂缝的发展，减小温度收缩裂缝，对剪力墙的水平、竖向分布筋的最小配筋率、最大间距、最小直径做出了规定。
综上所述；框架结构主要就是通过计算和构造措施来实现“追求梁铰机构的能力设计方案”从而，进而实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准设防目标的。
参考文献
1白绍良等.从各国设计规范对比看我国钢筋混凝土建筑结构抗震能力设计措施的有效性（一、二）重庆大学土木工程学院，2001
1前言
我国位于四川西部的南北地震构造带,其地震的频度高、强度大。我国大陆地震活动目前正处于本世纪以来的第五个活跃期。四川已经缺震7级以上地震近23年,缺震6级以上地震近10年。目前,四川的地震形势十分严峻。
地震造成人民生命财产损失的主要原因,是由地震引起的建筑物(绝大部分是砖房)和工程设施的破坏,以及次生灾害。国内外历次地震的经验告诉我们:抓好抗震设防地区建设工程的抗震设计,是减轻未来地震灾害损失最积极、最有效和最根本的措施。
据文献［4］记载,全国城镇民用建筑中以砖砌体作为墙体材料的占90%以上;据有关部门近两年对四川省的16个城镇各类公建房屋统计显示,多层砖房(含底框砖房)所占(面积)比例达89%;筠连县城的这类房屋,预计所占比例在90%以上。所以,砖房是我国房屋建筑的主体。同时,砖房在历次地震中的震害又是严重的。据对1976年我国唐山7.8级地震震害统计,砖房是100%破坏,其中85%以上倒塌。砖房之所以地震破坏比例如此大,主要原因是砖砌体是一种脆性结构,其抗拉和抗剪能力均低,在强烈地震作用下,砖结构易于发生脆性的剪切破坏,从而导致房屋的破坏和倒塌。如果在多层砖房的设计中再过度追求大开间、大门洞、大悬挑,甚至通窗效果等,必将大大削弱房屋的抗震能力
2目前多层砖房抗震设计中存在的主要问题
(1)城市住宅砖房建设中,房屋超高或超层时有发生,尤其是底层为“家带店”的砖房,高度超过限值1m以上。
(2)在“综合楼”砖房中,底层或顶层有采用“混杂”结构体系的,即为满足部分大空间需要,在底层或顶层局部采用钢筋砼内框架结构。有的仅将构造柱和圈梁局部加大,当作框架结构。
(3)住宅砖房中为追求大客厅,布置大开间和大门洞,有的大门洞间墙宽仅有240mm,并将阳台作成大悬挑(悬挑长度大于2m)延扩客厅面积;部分“局部尺寸”不满足要求时,有的不采取加强措施,有的采用增大截面及配筋的构造柱替代砖墙肢;住宅砖房中限于场地或“造型”,布置成复杂平面,或纵、横墙沿平面布置多数不能对齐,或墙体沿竖向布置上下不连续等等。
(4)多层砖房抗震设计中,未作抗震承载力计算的占多数,加之缺乏工程经验,使相近的多层砖房采用的砌体强度等级相距甚远。
(5)多层砖房抗震设计中,所采取的抗震措施区别较大。构造柱和圈梁的设置:多数设计富余较大,部分设计设置不足(含大洞口两侧未设构造柱);抗震连接措施:多数设计不完整或未交待清楚,有的设计还采用“一本图集打天下”的作法,不管具体作法和适用与否,全包在“图集”身上。
3多层砖房抗震设计意见
我国建筑抗震设防的目标是三个水准。多层砖房可通过一阶段设计达到下列要求:满足抗震承载力要求,房屋可“小震不裂”;满足结构体系、平立面布置和抗震措施等要求,房屋可符合“中震可修”;满足房屋高度和层数及构造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。
确保多层砖房抗震设计质量,主要有以下三个方面的内容。
3.1抗震概念设计
3.1.1房屋的高度和层数
实心粘土砖的多层砖房,墙厚不小于240mm,总层数不应超过文献［1］表5.1.2的规定,总高度不宜超过表5.1.2的规定,高度允许稍有选择的范围应不大于0.5m。需要特别指明的是,表5.1.2是适用于横墙较多的多层砖房。横墙较多是指同一层内开间大于4.2m的房间占该层总面积的1/4以内。对于医院、教学楼等横墙较少的多层砖房总高度,应比表5.1.2的规定降低3m,层数相应减少一层;对横墙很少的多层砖房,应根据具体情况,在横墙较少的基础上,再适当降低总高度和减少层数;对抗震横墙最大间距超过文献［1］表5.1.5要求的多层砖房,已不属于侧力作用下的刚性房屋,不能按多层砖房设计,应按空旷房屋进行抗震设计。多层砖房总高度与总宽度的最大比值,不应超过文献［1］表5.1.3的要求。
房屋的总高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可从地下室室内地面算起,全地下室和嵌固条件好的半地下室(符合文献［2］第250页半地下室在地面下嵌固的条件)可从室外地面算起;顶层利用阁楼坡屋面设跃层时应算到山尖墙的半高处。多层砖房的层高不宜超过4m。房屋总宽度的确定,可分下列四种情况:对于规则平面,可按房屋的总体宽度计算,不考虑平面上局部凸出或凹进;对于凸出或凹进的较规则平面,房屋宽度可按加权平均值计算或近似取平面面积除以长度;对悬挑单边走廊或单边由外柱承重的走廊房屋,房屋宽度不包括走廊部分的宽度;对设有外墙的单面走廊房屋,房屋宽度可以包括1/2走廊部分的宽度。
3.1.2结构体系
应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。同一结构单元中应采用相同的结构类型,不应采用砖房与底框砖房或内框架砖房或框架结构等“混杂”的结构类型。墙体布置应满足地震作用有合理的传递途径。纵横向应具有合理的刚度和强度分布,应避免因局部削弱或突变造成薄弱部位,产生应力集中或塑性变形集中;对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高其抗震能力。
3.1.3平、立面布置
建筑的平面布置和抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,平面形状应具有良好的整体作用。纵、横墙沿平面布置不能对齐的墙体较少,楼梯间不宜设在房屋的尽端和转角处;建筑的立面和竖向剖面力求规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,墙体沿竖向布置上下应连续,避免刚度突变;竖向抗侧力结构的截面和材料强度等级自下而上宜逐渐减小,避免抗侧力构件的承载力突变。8度和9度时,当房屋的立面高差较大、错层较大和质量及刚度截然不同时,宜采用防震缝将结构分割成平面和体形规则的独立单元。房屋的顶层不宜设置大会议室、舞厅等空旷大房间,房屋的底层不宜设铺面等通敞开大门洞。当确需设置时,应采取弥补薄弱部位的加强型措施或进行专门研究。
多层砖房门窗间墙的局部尺寸宜符合文献［1］表5.1.6的要求。当部分的局部尺寸不满足要求时,如该部位已设构造柱,可对已设构造柱增大截面及配筋;如该部位原未设构造柱,则可用增设构造柱来满足要求。房屋转角处的门窗间墙承受双向侧向应力,其局部尺寸应不小于1m;其余外纵墙的门窗间墙局部尺寸部分不满足1m要求时,其限值可放宽到0.8m;内墙门间墙局部尺寸不满足要求时,可用设构造柱来满足。
值得指出的是,近几年在多层砖房的抗震设计中,较普遍存在为了客厅开大门洞,不惜牺牲门间墙宽度的现象。这是个对局部尺寸认识不足的概念设计问题,一是认为部分不满足局部尺寸要求关系不大;二是认为只要用扩大了的构造柱替代门间墙就没有问题了,在设计中将构造柱当作“灵丹妙药”到处使用。应当明白,砖砌体和砼的变形模量差别很大,虽然砖砌体与构造柱和圈梁可以协同工作,增加房屋的延性,但是它们不能同时段进入工作状态,在“中震”阶段的抗震承载力主要由砖砌体承担。因此,砌体结构中过多配置砼的杆系构件,其作用是有限的。
3.2抗震计算
抗震计算是抗震设计的重要组成部分,是保证满足抗震承载力的基础。多层砖房的抗震计算,可采用底部剪力法。对平面不规则和竖向不规则的多层砖房,宜采用考虑地震扭转影响的分析程序。目前,多层砖房的抗震设计中,不作抗震验算是较普遍的现象,这样就必然存在一是不安全二是浪费的问题。多层砖房的抗震计算比较容易,文献［2］中有较完整的计算实例,可供手算时参考。笔者经对7度区若干幢规则的7层住宅砖房抗震计算分析显示,底层所用混合砂浆的强度等级不能低于M10。
3.3抗震措施
保障多层砖房的抗震措施,是多层砖房“大震不倒”和不作“二阶段设计”的关键。多层砖房的抗震措施内容较多,概括起来,可分为三部分。
3.3.1构造柱和圈梁的设置
对横墙较多的多层砖房,应按文献［1］表5.3.1的要求设置构造柱;对横墙较少或横墙很少的多层砖房,应根据房屋增加一层或二层后的层数,按表5.3.1的要求设置构造柱。表中的“较大洞口”,设计中可界定为:门洞宽不小于2m和窗洞宽不小于2.3m;“大房间”可界定为:层高超过3.6m或长度大于7.2m。
对横墙承重或纵横墙共同承重的装配式钢筋砼楼、屋盖或木楼、屋盖的多层砖房,应按文献［1］表5.3.5的要求设置圈梁;对于隔开间或每开间设置构造柱的多层砖房,应沿设有构造柱的横墙及内、外纵墙在每层楼盖和屋盖处均设置闭合的圈梁。
值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜过大,通常按文献［1］第5.3.6条要求的数值或提高一个等级采用就可以了,不宜无限提高。同理,圈梁的作用也是有限的。
3.3.2构件间的连接措施
多层砖房各构件间的抗震构造连接是多层砖房抗震的关键。抗震构造连接的部位较多,重要部位的连接措施有下列几项。
a)构造柱与楼、屋盖连接
当为装配式楼、屋盖时,构造柱应与每层圈梁连接(多层砖房宜每层设圈梁);当为现浇楼、屋盖时,在楼、屋盖处设240mm×120mm拉梁(配4φ10纵筋)与构造柱连接。
b)构造柱与砖墙连接
构造柱与砖墙连接处应砌成马牙槎,并沿墙高每隔500mm设2φ6拉结钢筋,每边伸入墙内不小于1m。
c)墙与墙的连接
7度时层高超过3.6m或长度大于7.2m的大房间,以及8度和9度时,外墙转角及内外墙交接处,当未设构造柱时,应沿墙高每隔500mm设2φ6拉结钢筋,每边伸入墙内不小于1m。
d)屋顶间的连接
突出屋面的楼梯间等,构造柱应从下一层伸到屋顶间顶部,并与顶部圈梁连接。屋顶间的构造柱与砖墙以及砖墙与砖墙的连接,可按上述抗震措施采取。
(5)后砌体的连接
后砌的非承重砌体隔墙,应沿墙高每隔500mm设2φ6拉结钢筋与承重墙连接,每边伸入墙内不小于0.5m。8度和9度时,长度大于5.1m的后砌墙顶,应与楼、屋面板或梁连接。
(6)栏板的连接
砖砌栏板应配水平钢筋,且压顶卧梁应与砼立柱相连,压顶卧梁宜锚入房屋的主体构造柱。
(7)构造柱底端连接
构造柱可不单独设基础(承重构造柱除外),但应伸入室外地面下500mm,或锚入室外地面下不小于300mm的地圈梁。
3.3.3悬臂构件的连接
(1)女儿墙的稳定措施
6～8度时,240mm厚无锚固女儿墙(非出入口处)的高度不宜超过0.5m,当超过时,女儿墙应按抗震构造图集要求采取稳定措施。女儿墙的计算高度可从屋盖的圈梁顶面算起,当屋面板周边与女儿墙有钢筋拉结时,计算高度可从板面算起。
(2)悬挑构件
悬臂阳台挑梁的最大外挑长度不宜大于1.8m,不应大于2m。
不应采用墙中悬挑式踏步或竖肋插入墙体的楼梯。
4结语
多层砖房在城乡建设中量大面广,又是人类活动和生活的主要场所。因此,加强多层砖房抗震设计,重视多层砖房抗震设计中的三个环节,就能使多层砖房的地震破坏降低到最低限度。
参考文献
1建筑抗震设计规范(GBJ11—89)及1993年局部修订.中国建筑工业出版社,1989辽宁科学技术出版社,1993
2建筑结构设计手册丛书编委会.建筑抗震设计手册.中国建筑工业出版社,1994
1)建筑结构的平面布置。建筑结构的平面布置是影响结构抗震的重要因素，合理的建筑平面布置对建筑结构设计是至关重要的。大量地震灾害表明，平面布置简单、对称规则、质量和刚度分布比较均匀并且具有明确传力途径的建筑结构在地震时不容易发生破坏。规则结构能较为准确地预估结构的作用效应和地震时的反应，较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗震性能。相反，平面布置复杂、不对称且不规则的结构，其地震作用效应很难估计的。因此，高层建筑结构中规范规定，宜采用规则结构，不应采用严重不规则的结构。
2)建筑结构的体系选择。高层建筑结构设计中，就优先采用具有多道防线的结构体系。例如:框架—剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。这三种结构可以作为地震区高层建筑的首选体系。当建筑物高度不高且层数不多时，可采用框架结构。但当建筑物位于地震区，且高度均较高时，应避免采用框架结构、板柱剪力墙结构。因为，地震具有强破性且持续时间很长，往复次数较多，能够对建筑物造成累积破坏。单一的结构体系在遭遇地震时，一旦发生破坏，很容易造成房屋倒塌，危及人们的生命及财产的安全。当结构体系具有多道防线时，当遭遇地震时，第一道防线遭破坏后，后续的防线仍然能抵抗地震的冲击力，可以最低限度的防止建筑物的倒塌，给人们以充分的时间进行逃生，保证人民的生命安全。因此，高层建筑结构抗震设计中的多道防线是进行抗震设计时所必须设置的。
3)结构薄弱层。当建筑结构的侧向刚度分布不均匀、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变时，容易产生薄弱层。薄弱层在地震中是最先遭受破坏的部位。因此，对有明显薄弱层的结构，应采用相应的抗震构造措施来提高其抗震能力。结构构件的实际承载能力是判断薄弱层部位的基础，有意识、有目的地控制薄弱层部位，让它有足够的变形能力，而且不使薄弱层发生转移是提高结构抗震性能的重要手段。
2高层建筑抗震设计常见问题
1)高层建筑结构的地基问题。高层建筑结构在设计阶段，应有完善的岩土工程勘察报告，为结构工程提供基本的设计依据。建筑结构场地应选择在有较稳定的基岩、开阔、平坦、土层坚硬或较密实的有利地段，不应建造在容易发生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危险地段，有利地段的建造对建筑物的抗震是十分有利的。有时由于建设单位工期要求，在确定方案后设计人员就直接进入了施工图设计阶段，从而忽略了岩土工程勘察资料和场地的选择，从而给后续工作带来不必要的麻烦。
2)高层建筑结构平面布置问题。高层建筑为了追求外立面效果的美观而设计成平面不规则、不对称且有较大凹进或较大开洞的结构，这种结构对抗震十分不利。因此，在建筑方案正式确定前，结构工程师就应对建筑平面布置、体型方面的内容提出自己的见解，及时和建筑师进行沟通，尽量选用平面、竖向规则对称、质量和刚度、承载力均匀的平面布置，这对抗震十分有利。
3)高层建筑结构的高度问题。如今的高层建筑结构的高度越来越高，甚至出现了很多超高层的高层建筑，这就对结构工程师的专业知识提出了更高的要求。不同的高度对应不同的结构体系，规范上有明确规定。一旦结构超过了规范规定的限制高度，就应通过专门的审查、论证进行更严格的计算分析和研究。
4)高层建筑抗震设防等级的选取问题。抗震等级是结构抗震设计的重要依据，抗震等级选取不当将给建筑物的安全带来许多隐患，对工程造价也会带来不必要的浪费。抗震等级根据房屋的场地类别、抗震设防烈度、建筑高度、结构类型等因素综合评定。每个结构工程师应当熟练掌握结构的抗震概念设计和规范知识，做到该提高的应当提高其抗震等级，该降低则应适当降低。
5)计算软件的合理应用。高层建筑结构抗震设计时，应该应用正规的结构设计软件进行设计，软件中的各个参数指标能够正确反映建筑物的特征。结构工程师能正确分析结构软件所计算的结果，并做出正确的判断。但有时计算机设计会给结构工程师带来一种错觉，有的结构工程师往往过分依赖计算结果，而减少了结构的概念学习。一旦选择了错误的计算参数，就会导致结构设计出现问题，对结构的安全和经济方面造成影响。因此，结构工程师应加强自身的业务学习和抗震概念设计的理解，做到熟练掌握相关的结构概念设计，并且根据自身的专业知识配合计算结果选择最佳的结构设计方案。
自从1886年世界上第一栋近代高层建筑——美国芝加哥家庭保险公司大楼（HomeIuranceBuilding，10层，高55m）建成以来，至今已有100多年的历史了。高层建筑不仅在材料和结构体系上逐渐多样化，而且在高度上也有大幅度增长。而一次又一次地震灾难及教训，警示人们：防震减灾任重道远，刻不容缓。
从上个世纪开始，各国的专家、学者对抗震设计进行了一系列研究。进入90年代，结构抗震分析和设计已提到各国建筑设计的历史日程。特别是我国处于地震多发区（地震基本烈度6度及其以上的地震区面积约占全国面积的60%），高层抗震设计设防更是工程设计面临的迫切的任务。作为工程抗震设计的依据，高层建筑抗震分析更处于非常重要的地位。
二、材料的选用和结构体系问题在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。
我国高层建筑中常采用的结构体系有：框架、框架-剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系，这也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外，特别地震区，是以刚结构为主，而在我国钢筋混凝土结构几混合结构却占了90%.如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较大的考验。钢结构同混凝土结构相比，具有优越的强度、韧性和延性，强度重量比，总体上看抗震性能好，抗震能力强。
震害调查表明，钢结构较少出现倒塌破坏情况。在高层建筑中采用框架-核心筒体系，因其比钢结构的用钢量少，又可减少柱子断面，故常被业主所看中。混合结构的钢筋混凝土内往往要承受80%以上的震层剪力，有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土结构的位移值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增加了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值；
此外，在结构体系或柱距变化时，需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成刚度而导致结构刚度突变，常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大，加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时，要慎重选择其结构模式，尽量减小其本身刚度，减小其不利影响。
唐山钢铁厂震害调查资料统计参数结构形式总建筑面积（万㎡）倒塌和严重破坏比例（%）中等破坏比例（%）钢结构3.6709.3钢筋混凝土结构4.0623.247.9砌体结构3.0941.220.9在高层建筑中，应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材产量已居世界前列，建筑钢材的类型及品种也在逐渐增多，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在有条件的地方，建议尽可能采用型钢混凝土结构（SRC）、钢管混凝土结构（CFS）或钢结构（S或），以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。
在超过一定高度后，由于钢结构质量较轻而且较柔，为减小风振而需要采用混凝土材料，钢骨（钢管）混凝土，通常作为首选。工程经验表明：利用钢管混凝土承重柱自重可减轻65%左右，由于柱截面减小而相应增加使用面积，钢材消耗指标与钢筋混凝土结构相近，而工程造价和钢筋混凝土结构相比可降低15%左右，工程施工工期缩短1/2.此外钢管混凝土结构显示出良好的延性和韧性。
质量是建筑的核心，而建筑的抗震性能是体现建筑质量的主要因素，对建筑质量的影响极大，然而，在当今超限高层建筑抗震设计中，却由于由于多种原因造成抗震设计的质量出现了严重的问题，材料对其造成的影响只是其中一个重点要素。材料的影响主要现在材料的质量、材料的不匹配等问题，在超限高层建筑工程设计中，有很多工作人员为某一己之私而在施工中用一些质量不达标的材料，严重影响的建筑的抗震性能；另外，还有些工作人员在设计中会将一些其他的建筑抗震设计方案引入到该建筑物中，而由于建筑物的高度以及整体结构都有所不同，导致出现“张冠李戴”的现象，与实际的建筑缺乏匹配度，导致超限高层建筑抗震设计受到了一定的影响，使建筑的安全性降低达不到超限高层建筑抗震的标准。
1.2平面结构设计对超限高层建筑物抗震设计的影响
超限高层建筑物的平面结构设计是与建筑物外形有着直接的联系，当然也与建筑物抗震设计有着密切的关系，同时超限高层建筑的平面设计与施工难度有着直接的联系，然而，在当今超限高层建筑平面设计中却存在一定的问题，平面结构设计引起的施工难度过大，而导致的超限高层建筑抗震的施工也受到了一定的阻碍，即使能顺利施工也会因为结构设计的不合理对超限高层建筑抗震性能造成一定的影响，在后期的使用中依旧存在重大的安全隐患[3]。另外，如果平面结构设计的不合理，会造成无法准确的确定超限高层建筑抗震的均衡点的位置，尤其是超限高层建筑设计中需要考虑的因素较多，可能会在平面结构设计中会漏掉某些细节的设计，一些结构细节出现问题也会导致超限高层建筑整体的抗震性安全性受到一定的影响。
1.3受力体系对超限高层建筑抗震设计带来的影响
受力体系是建筑抗震设计中需要考虑的重要因素，而且每个建筑的受力体系也各不相同，这与设计者的经验没有太大的联系，因此，在设计的过程中不能光凭经验来完成设计，而且，确实有这种情况发生，觉得自己有着多年的设计经验，就没有详细的对建筑受力体系进行分析，通过以前的经验直接按部就班的放到设计里，最终导致建筑的受力体系与抗震设计发生了矛盾，造成超限高层建筑抗震的性能降低，使得建筑整体缺乏安全性和稳定性。
2超限高层建筑抗震设计优化
2.1做好超限高层建筑设计的前期工作
由第一部分得知，建筑材料对超限高层建筑设计抗震设计的影响及其的严重，因此在设计前要做好前期的准备工作，主要对设计中涉及到的材料质量、数量、规格等做好相应的规划设计，通过对材料的了解再进行相应的设计，尤其是材料的性能参数一定要做好详细的分析，因为有很多材料类型差不多，但是，还是有着细节上的差别。另外，还应对超限高层建筑地点的地质地貌、周边环境等进行详细的分析，这些因素对超限高层建筑抗震设计也有着一定的影响。因此，要做好前期的材料搜集、整理的工作，要确保相关数据材料收集的全面性和准确性。通过做好前期的准备工作，不管是在超限高层建筑的整体设计还是对建筑的抗震设计需要将这些数据作为设计的基础，进而确保设计过程中避免出现一些误差。
2.2对超限高层建筑物平面结构设计的优化
超限高层建筑的设计要比平常的多层、高层的设计特点复杂的多，而且对超限高层建筑抗震设计的本身要求也特别高，因此，在这种情况下超限高层建筑抗震设计中，应全面的考虑各种因素，将其作为优化方案的因素。另外，在对超限高层建筑抗震设计的过程中，设计者要根据实际情况，再结合多种有关设计因素，如，抗震指数、施工方式等，设计出多种超限高层建筑抗震设计方案，然后再通过多种方案的相互比较，选择出最优化的方案，通过这种优化方式，能更好的做好超限高层建筑的抗震设计，而且，以这种设计优化方式，一旦发现方案中存在设计问题或安全隐患能及时的比较出来，并及时的改正，对建筑抗震性能具有很大的保障。
2.3明确超限高层建筑抗震设计中的受力体系
随着社会不断的发展，人们不仅对建筑的质量要求提高了，同时也对建筑物的外观有着一定的要求，美观、大气、上档次是建筑外观现出来的典型特点，但是有很多建筑物只考虑到外观设计，却忽略了建筑的受力体系，对建筑物的抗震性能带来直接的影响，如果这种现象出现在超限高层建筑的设计中，势必会为建筑物带来更大的安全隐患，因此，在对超限高层建筑物抗震设计中一定要明确建筑物的受力体系。建筑的外观要求是要满足的，而在达到这个要求的同时，还需要设计者充分考虑到超限高层的抗震设计，要尽量以后者为主，毕竟后者是关乎到建筑物使用的安全性。可以通过力学的知识来寻找超限高层建筑抗震设计受力体系中的平衡点，以此来实现超限高层建筑的抗震要求。
前言
随着科学和工程技术的发展，新材料和新技术的运用大大提高了房屋建筑抵御灾害的能力。在我国，依据《建筑抗震设计规范》设计建造的城市建筑基本上能够满足规范中抗震设防目标的要求，简单地说即“小震不坏、中震可修、大震不倒”，可以有效地减轻建筑的地震破坏，避免伤亡、减少损失。但对于大部分村镇地区来说，房屋通常是由本地的建筑工匠，根据房主的经济情况，按照本地的传统习惯建造的，一般不经过建筑设计单位设计。这类房屋结构的特点是结构简单，造价低廉，易于就地取材。但大部分房屋都不具备足够的抗震防灾能力。受经济发展状况局限，要完全按照《建筑抗震设计规范》对村镇房屋提出要求显然是不切实际的。因此，我们在研究提高村镇建筑抗震防灾能力时，主要不是要求农民放弃某种传统的建筑型式选择另一种结构类型，而是应按照“当遭受相当于本地区设防烈度的地震影响时，墙体与屋架不致倒塌或发生危及生命的严重破坏’’为抗震设计目标，针对现有房屋的结构类型在灾害中表现出的整体性不足、构造不合理、习惯做法存在的缺陷等方面予以改进，或在构造措施方面予以加强等。
一、村镇房屋的震害及破坏规律
震害调查表明，砖结构房屋破坏常常是因为受剪和连接不好而引起的，一般在低烈度区破坏较轻或局部破坏，随着烈度的增加破坏加重甚至全部倒塌，砖砌体的构造及施工质量的好坏是影响震害的重要因素之一，因此必须予以重视，下面为几种典型震害及其破坏规律。
（1）承重墙的破坏
水平地震作用按照墙体所处的位置分为横向水平地震作用和纵向水平地震作用，前者方向垂直于纵墙，后者平行于纵墙。
当水平地震平行于墙体时，水平地震作用主要通过楼盖传至墙体，再传至基础和地基，这时墙体主要承受剪力，当墙内产生主拉应力超过墙体所能承受的应力的时候，发生剪切破坏，即沿墙体水平方向450角方向产生斜裂缝，因地震作用是往复的，所以裂缝是交叉的。
因为地震作用所产生的剪力是越往下部越大，所以斜裂缝或交叉裂缝多数发生在下层墙体。顶层若采用强度较低的砂浆砌筑或者砌筑质量不高时，斜裂缝有时也很明显。斜裂缝或交叉裂缝是地震时墙体破坏最常见的一种形式，一般在7―8度地震区的内外墙或窗间墙、窗肚墙上均有发生，当水平地震垂直于纵墙时，而横墙的间距又很大，楼盖或屋盖没有足够的刚度把全部地震力传给横墙时，纵墙承受部分垂直于墙体的水平地震作用，墙体承受平面外弯曲，大开间的墙体就是这种情况。因墙体在平面外的刚度很小，砌体抗弯强度低，首先在薄弱部位产生水平裂缝，如在窗口下沿窗间墙产生贯穿的水平裂缝，水平裂缝主要发生在灰缝处。
（2）内外墙连接不牢的破坏
由于砌体强度低，或者由于施工质量差如墙体砌筑时不同时咬槎砌筑，施工时留有马牙槎，内外墙连接不牢，外墙在水平作用下容易拉脱，一般在7度区开始有破坏，在8度区普遍开裂，有时纵横墙拉裂10余厘米，裂缝一般上宽下窄，破坏情况与有无内外圈梁及砌筑质量密切相关。
（3）转角墙的破坏
墙体的转角处刚度较大，承受的地震力也较大，又因位于房屋的端部，还承受的地震的扭转作用，这样，该处容易产生应力集中，容易破坏，一般在7度区就有破坏现象，在8度区有明显破坏。
（4）外墙外闪与倒塌
不论是实心墙还是空斗墙的外纵墙和山墙在地震作用下，外闪甚至倒塌是砖墙承重房屋的较为普遍的震害形式之一，这除了与墙体的连接不牢有关外，还与组成建筑物的各种构件，如墙体、楼盖、屋盖等的质量、刚度、互相间的锚固有关系，由于地震作用为上大下小，所以墙体上部裂缝较宽，外闪较多，如檩条搁在山墙上又不采取锚固措施则在纵向水平地震作用下山墙就会外闪。
（5）门窗洞口及过梁的破坏
门窗洞口的破坏比较普遍，在六度以上地区就会出现倒八字形裂缝或砖过梁中间的垂直裂缝，砖砌平过梁或砖砌拱形过梁，在地震时裂缝出现较早，严重时过梁脱落。钢筋砖过梁，在7、8度抗震区损坏较少，但当跨度超过1．5米时亦有破坏，在9度地震区损坏较普遍。在地震调查中未发现钢筋混凝土过梁本身有损坏，一般在过梁支撑处墙体有遂平裂缝或过梁上部墙体有倒八字形裂缝，个别由于支座长度不够而破坏，因此地震区过梁支撑长度应该在24厘米以上。
各种过梁，凡位于建筑的尽端处其破坏比在中部重，而且一般上层比下层重，因此，尽端和上层过梁，只要建筑设计上允许，门窗上口到楼板的标高相差30―50cm以内，可与圈梁合并设置，这对减小过梁的破坏有利。
门窗上口砌体破坏的主要原因是该直角部位在地震作用下容易产生应力集中，加之上部砌体开裂，破坏了砌体的起拱作用，因而加重了过梁的负担，其破坏形式一般呈倒八字形斜裂缝。
二、我国村镇住宅抗震设计中存在的问题
随着我国农村经济的迅速发展，村镇住宅建设继上世纪80年代中期之后，掀起了又一轮新。但透过目前村镇住宅建设火爆的场面，不难看出不少地方的村镇住宅建设工程还存在着质量隐患多、住房使用寿命短等问题，质量事故时有发生。其中抗震设计尤其容易受到忽视，抗震设计不合理的现象十分严重，主要体现在以下几个方面。
（1）基础不规范
很多地方在住宅建设中，受技术、资金的制约，对住宅地基的地质构造、水文资料、承载力等缺乏了解，有的虽然在村镇体系规划中有说明，但可供选址建房的位置却未标明，导致了建筑物选址的盲目性和基础确定的不科学性，如基础的形式、断面、埋置深度的确定，在没有第一手资料的情况下，只能凭经验办事，不是造成资金和材料的浪费，就是基础的强度与稳定性不够，遇到较大风灾、水灾、震灾往往一击即溃；有些基础砌筑不合理，如有的砖基础底面用立砖摆砌；有的在用石头打基础时，只是把石头简单地相累叠，用沙土填缝，中间不用混凝土粘结，这些错误的施工方式严重影响了地基的整体强度，为后续的建设埋下隐患。
（2）结构体型不规则
农民在自建住宅时基本上没有请正规的设计单位设计，仍按传统的方式建房，只考虑实用、美观、气派，住房建多大，建多高，搞什么样的造型，一般都是别人怎么搞我也怎么搞，没有考虑自己住宅的使用功能和所处的地质结构；而不考虑结构体系的抗震问题，抗震性能差。
（3）墙体存在较多质量问题
(1)在砖墙砌筑中，出现留槎、接槎错误较多。按常规的砌筑方法，砖墙的转角处和内外墙的交接处均应同时砌筑，否则应按规定留斜槎，可是在不少住宅建设过程中，既不同时砌筑，也不留斜槎，而是先砌外墙，后砌内墙、转角处留直槎。空心墙的砌筑不符合规范要求，石砌墙也没有按要求坐浆砌筑，有的砌成夹心墙，影响整体性能。另外，房屋四角以及较大洞口两侧墙体没有设构造柱和拉结筋。
(2)墙体开的窗户的尺寸太大，窗间墙的宽度和窗边到墙边距离达不到规范要求，形成薄弱环节。
(3)部分墙体作为结构大梁的支座，但是作为支座的墙体较短，墙体实际的轴压力很大，对抗震非常不利。
(4)砂浆没有配合比，经常还干砖上墙，吸收砂浆的水份，导致砂浆的强度
更达不到，严重影响了墙体的整体强度。
（4）混凝土强度不够
(1)大部分现浇混凝土无配合比，搅拌时材料随意增减，造成所拌的混凝土的强度波动性较大。
(2)浇注混凝土时不按规范、规程操作，振捣不密实，有的根本不振捣。
(3)有的模板强度和刚度不够，造成构件几何尺寸不规则、错位，出现麻面、蜂窝、狗洞，甚至整个构件报废。有的现浇筑构件，凝固期不到就提前拆模，影响了构件的强度。
（5）圈梁、构造柱楼盖、结构和布置不合理
村镇建筑基本上都不设置圈梁和构造柱，即使有截面尺寸配筋都没有根据，随意性很大，起不到实际应该达到的效果。楼板大多采用预制板，无圈梁时预制板直接搁置在墙体上，深入墙体的偏小，导致房屋的整体性较差。
（6）选址不合理
农村住宅建造时，无统一规划，或有规划时也没有考虑抗震防灾的要求。不少农村住宅随意乱建，房子间距过小，道路弯曲而狭窄，使村镇建设散而乱，不利于地震时避震疏散和进行抗震救灾。
三、砌体房屋的地震作用计算及设计措施
在日常生活中，当火车突然起动时，人们会向火车运动相反的方向晃动，这种作用在物体学上成为惯性作用。地震的作用也是这样，地震时地面猛烈颠晃，地面上的建筑会受到由地震作用而引起的惯性力，这个力会使建筑物遭到破坏。由于地震时地面水平晃动和上下颠簸，所以地震的作用有水平作用和竖向作用，村镇建筑一般为砖石结构，层数低，一般只考虑水平方向的地震作用，即在建筑平面的两个主轴方向上分别进行抗震验算。
3.1水平地震作用的计算
高度不超过40米的，质量和刚度沿高度分布比较均匀的、以剪切为主的结
构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法进行简化计算。村镇建筑多为单层及低层的砖石结构砌体房屋，可按底部剪力法进行计算，在运用底部剪力法计算时，每层楼只考虑一个自由度，结构的计算简图如图3.1所示。
图3.1结构水平地震作用下计算简图图3.2水平地震作用示意图
结构水平地震作用标准值按下式计算：
式中，足FEK为结构总水平地震力作用标准值，α1为相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数值，对多层砌体房屋取水平地震影响系数最大值，即α1=αmax，见表3-1，Geq为结构等效总重力荷载，对于单质点应取总重力荷载代表值，对于多质点应取总重力荷载代表值的85％，Fi为质点i的水平地震作用标准值，Gi、Gj分别为集中于质点i、j的重力荷载代表值，按规范规定。Hi、Hj分别为质点i、j的计算高度。
采用底部剪力法计算突出屋面的顶层间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应时，宜乘以增大系数3，此增大部分作用不向下传递。
表3-1：截面抗震验算的水平地震影响系数最大值
3.2 砌体结构的抗震设计措施
与水平地震作用平行的墙体是承受地震作用的主要抗侧力构件，从以往的地震调查资料可以看出，承重横墙的破坏主要是剪切破坏，并且一般是底层比上层严重。纵墙的破坏往往是因为横墙间距过大或者楼、屋盖刚度较差而在平面外受弯受剪，在窗台上下截面处出现水平裂缝。
分析地震时砌体结构的种种破坏，我们可以从构造上对这些容易破坏的地方采取一些加强措施，提高建筑物的抗震能力，下面是几个比较重要的方面。
1．采用简单规整的平面立面布局
结构的总体布置是影响建筑抗震性能的关键问题。建筑抗震计算本来就是复杂而且不是非常成熟的科学，只有结构布局简单规整，才能尽量准确地确定结构计算简图，并计算和分配地震作用。尽量采用横墙承重体系或者纵横墙共同承重体系。而且纵横墙在平面内尽量连续对齐，错位墙体不宜过多。
2．合理确定圈梁和构造柱的位置
设置圈梁和构造柱，砌体结构的抗震性能可以大大的改善。配筋墙体两端设置构造柱，由于水平钢筋锚固于柱中，使钢筋的效应发挥的更为充分，则可比无构造柱同样配筋率的墙体的承载能力可提高13％左右。而且设置了构造柱和圈梁的砌体结构形成两道防御：第一道是砌体培只出现宽度不大的裂缝，层间变形不大，构造柱尚未开裂：第二道是砌体裂缝大幅度的发展，靠构造柱及圈梁对砌体约束使墙体大变形消耗输入的地震能量。实验研究表明柱除了能够约束培体的变形，提高砌体的抗剪强度外，还能增加墙体之间的连接。这些对砌体的抗震都是十分有力的。要确保构造柱和圈梁的有效发挥他们的作用，合理确定它们的位置是至关重要的。
