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这种抗震设计方法能保证不倒塌吗？这种抗震设计方法能保证不倒塌吗？
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本人先对汶川地震中受难的同胞致以衷心的祝福！值得欣慰的是现在抗震救灾方面取得了有效成绩，但是令人不解的是现在不少人对地震灾区的建筑倒塌的主要原因归咎于建筑施工质量问题。本人自以为是个学者（当然有人不准本人从事科研工作，只准为他自己写论文，这可以从本人在筑龙论坛发出的“向天下乞讨书”及其他人的回复可以看出），所以本人就别开建筑施工质量问题，试问：难道就没有其它原因吗？例如地震烈度大等等。难道现行的设计方法就没有问题吗？下文就是针对现行抗震的设计方法的，请大家看一下此文。试问：按照该文的方法设计，能否保证钢筋混凝土框架中震可修吗？甚至能否保证钢筋混凝土框架中震不倒塌吗？下文是从维普资讯 [url]http://www.cqvip.com[/url]下载的，再转为的WORD文档。请大家先侃侃此文，本人再来基于现行基本理论粗略地探讨一下该文所提出的“钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法”存在那些问题，如果能对大家有点帮助，本人将会万分欣慰。
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第26卷第2期
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2006年4月
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地震工程与工程振动
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EARTHQUAKE ENGINEERING AND ENGINEERING VIBRATION
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Vo1．26，No．2
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Apr．2006
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文章编号：1000．1301(2006)02．0013．07
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钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法
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蔡健
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(华南理工大学建筑学院，广东广州510640)
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作者简介：蔡健(1959一)，男，教授，主要从事钢-混组合结构、钢筋混凝土结构和工程抗震研究
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摘要：本文对国际上主要建筑抗震设计规范中钢筋混凝土框架可修水准的层问位移角限值进行了比
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较。讨论了国内的一些相关研究结果，结合中国抗震规范确定钢筋混凝土框架中震可修层间位移角限
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值和屋顶侧移率限值分别为1／150和1／200。采用安全系数的抗震设计表达、论述了对应于结构层
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间位移角基于承载力的简化抗震设计方法。最后用实例按反应谱分析和弹性时程分析验证了钢筋混
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凝土框架中震可修层问位移角限值的有效控制作用，初步确定了简化抗震设计方法中梁柱构件的抗
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震安全系数并分析了提高目前结构抗震安全度的措施。
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关键词：钢筋混凝土框架；中震可修；抗震设计；安全系数
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中图分类号：P315．95 文献标识码：A
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引言
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基于承载力的抗震设计理论不能有效地控制地震对社会所带来的经济损失，地震工程和结构工程专家经过对历次震害的总结后，改进基于承载力的设计方法提出了基于性能的抗震设计理论。基于性能的抗震设计理论为实现结构不同性能水准，需要不断地迭代来寻求结构强度、刚度、延性需求的合理统一，现阶段还不具有实际应用的可能。结构的位移能体现结构在地震作用下的性能水准，因此基于位移的抗震设计是目前实现基于性能设计的有效途径。然而，在工程实践中完全抛开基于承载力的抗震设计方法而采用基于位移的抗震设计方法在实施上还有许多困难。为了实现基于位移设计的目标，可以综合2种设计方法的优势分阶段设计，首先用基于承载力的设计方法确定地震作用下的结构需求，然后验算结构不同抗震性能水准下量化的变形。我国抗震规范是基于承载力的抗震设计方法，并验算多遇地震作用下弹性变形和罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形，但规范在“中震可修”水准上没有一个明确的限定，因此确立一个量化的可修标准作为抗震设计的性能目标十分必要。本文在分析国外相近标准和国内外相关研究的基础上，讨论了适合我国抗震设计的中震可修标准，并初步说明了用承载力形式实现不同性能位移要求的简化抗震设计方法。
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2 简化抗震设计
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2．2 抗震安全系数的计算方法
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计算确定抗震安全系数最简单的方式就是对一定数量按现行抗震规范设计的框架进行可修标准的层问
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位移验算，对符合要求的结构用式(2)反算不同构件不同荷载形式下的抗震安全系数 ，再按某一可靠度水
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准统计分析确定。这种方法通常称为“校准法”，其优势是能保持与抗震设汁规范的延续性，同时也满足了
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小震不坏的要求。
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另一种方式可以采用直接基于位移的抗震设计方法，由可修水准的层问位移反算荷载效应，再按式(2)
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计算确定抗震安全系数，其优势是能考虑结构进入弹塑性状态。这种方法确定抗震安全系数相对比较复杂，
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其主要实现过程如下：
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(1)由规范加速度反应谱建立不同阻尼比 的位移一周期反应谱；
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(2)计算等效单自由度结构的目标位移，根据给出的可修水准层间变形角限值，确定结构的层间目
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标位移，得到各层相对于地面的侧移，由式(4)确定 ；
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= Σ ／Σ (4)
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式中，mj C／g为楼层质量，G 为重力荷载代表值，17,为楼层数。
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(3)确定等效质量 和等效周期；
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= Σ ／6 、 (5)
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在不同阻尼比 的位移反应谱图中根据目标位移 和等效阻尼比 确定；采用双线型滞回线，刚
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度退化系数取0．0"7， 由式(6)估算_9]。
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式中， 定义为可修水准等效单自由度位移延性系数， 等效单自由度屈服位移，由式(7)确定：
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= ΣmA；／ ΣmA (7)
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2期 蔡健等：钢筋混凝土框架中震可修标准及简化抗震设计方法 l7
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式中， =Σ 为结构 楼层的屈服侧移， 为层问屈服位移。
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在按静力弹塑性分析求得的顶点位移一基底剪力曲线图中采用能量等值法确定等效顶点屈服侧移，根
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据结构第一振型分配层间侧移，再计算楼层屈服层间位移；或者直接按下式近似估算层间屈服位移 ：
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式巾，hj为楼层高； 建筑总高； ， 为楼层屈服转角，按式(9)计算：
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式中， 为柱纵筋屈服应变；^ 为粱高；Z fi：为框架柱反弯点为界的下段和上段。
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(4)确定等效单自由度结构的刚度K ；
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(5)计算结构的基底剪力 ，和各层的水平地震作用
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(6)计算 ，并统计分析，将 与其他荷载效应按标准值组合，进行具体的结构构件设计，再按式(2)
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计算 ，取 = + ， 为平均值， 为标准方差。
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3 算例验证
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算例验证探讨2个方面问题：1是用中震作用下的弹性层间位移角验算可修标准的可行性；2是验证计
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算确定抗震安全系数的可行性，用不同的地震力折减系数分析我国现行抗震设计规范的安全度水准，探讨提
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高抗震安全水准的措施。
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3．1 中震作用下的变形分析
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采用3个地震动加速度记录(E1：1992 Cape Mendocino波，E2：1994 Northridge波和E3：1940 El Centro波)作为地震输入，进行弹
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性时程分析，地震动加速度峰值调整到0．2g；按图2所示月=l时 一4
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的中震弹性加速度反应谱(E4)进行反应谱分析。最大层问位移角
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分布和最大屋面侧移率(RD)结果如图3所示。
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3．2 抗震安全系数计算和抗震安全度水准调整
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按图2所示的反应谱(R=1，2，3)作为地震输入，分析
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两栋8层和一栋10层规则钢筋混凝土框架，采用“校准
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法”，按式(2)确定与现行抗震规范具有相同设防水准的抗
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震安全系数，统计分析了480根梁柱构件不同受力情况下
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的安全数，统计平均结果如表4所示。
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4 结论
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通过本文比较和分析，可以得到如下结论：
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(1)在比较分析国际上有代表性的抗震设计规范和国内研究情况的基础上，建议性地确定了抗震设防
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第2水准的可修层间位移角限值1／150和屋顶侧移率限值1／200。
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(2)采用基于安全系数的抗震设计表达，初步探讨 广用承载力形式实现不同性能位移要求的简化抗震
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设计方法；分析不同设计地震力作用下对应于现行抗震规范安全度水准的抗震安全系数，在此基础上给出了
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调整目前较低的抗震安全水准的措旌。
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本文确定的可修变形指标和抗震安全系数应用实际丁程，还需进行多： 面的深入探讨，如：(1)用更多
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的实例进行统计分析，本文算例只代表方法的可行性；(2．)抗震安全系数统计分析需考虑诸多影响其大小的
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因素：(3)进一步用有限元分析和试验验证可修水准层问位移角限值和抗震安全系数。
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评 论
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评 论
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评 论
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由于本人的特殊处境，对于本文的评论必然有所保留。基于现行的结构理论，本人发表几点意见，希望各位专家批评指正。
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原文中提及“参考国外抗震设防目标的相关规定，结构破坏可修原则可以定义为结构部分构件越过屈服极限，进入非弹性变形阶段，但结构弹塑性变形被控制在有限范围内，震后残留的永久变形不大，结构体系保持完好”。对此，本人就因为结构的偏心扭转、竖向振动问题而导致现行的国外抗震设计根本上就不能正确地计算结构的变形已经发表过评论，那么大家都明白还是否应该参考国外抗震设防目标的相关规定。
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原文中提及“钢筋混凝土框架由于构件变形产生的层间位移主要由如下几个部分组成：(1)梁柱弯曲变形引起的层间位移 u1，层间位移的主要成分，结构体系侧移呈剪切型曲线；(2)柱轴向变形引起的层间位移u2，结构体系侧移呈弯曲型曲线；(3)结构平面不对称引起的扭转效应和重力二阶(P-△)效应所产生的层间位移u3；(4)结构整体弯曲变形引起的层间位移u4。综合各位移成分计算层间位移角为：
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Θ=(Σuij)/hj=(δj-δj-1-φXhj-1)/ hj
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式中，Θ为层间位移角；uij为楼层的各位移成分；hj为层高；δj为楼层侧向位移；φ为结构整体弯曲变形角；式中第2项表示层间位移是层位移差扣除整体弯曲产生的水平位移后的值．对剪切型结构取φ=0”。
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对此，本人发表几点意见：A、原文中提及“中第2项表示层间位移是层位移差扣除整体弯曲产生的水平位移后的值”，而在原文中该是指结构整体弯曲变形角乘以hj-1。假如求最底层的层间位移角，即j=1时，难道还要考虑hO即第0层的层高吗？B、本人还模糊记得现行教科书都写着“钢筋混凝土框架结构体系侧移呈剪切型曲线，钢筋混凝土剪力墙结构体系侧移呈弯曲型曲线”。而原文中认为梁柱弯曲变形引起的层间位移是层间位移的主要成分，结构体系侧移呈剪切型曲线；而柱轴向变形引起的层间位移造成结构体系侧移呈弯曲型曲线。在理想化的分析中，钢筋混凝土框架结构体系中的柱的反弯点是在柱高的中间处，这样钢筋混凝土框架结构体系侧移呈典型的剪切型曲线。如果实际中的钢筋混凝土框架结构体系中的柱的反弯点偏离了柱高的中间处，那么难道等效偏离弯矩引起的梁柱弯曲变形引起的层间位移造成的结构体系侧移呈剪切型曲线吗？C、在实际结构中，柱的净高与柱截面高度的比值往往都接近4或小于4。柱的剪切变形引起的层间位移就可以忽略吗？D、如果仅仅以层间位移角为性能指标，用来确定钢筋混凝土框架结构中震可修标准；那么就存在大的漏洞。在2006年华南理工大学招收博士研究生报名期间，学术腐败分子将我排挤出华南理工大学建筑学院城市与环境研究所之际，我写了四个问题，其中第三个问题就是针对这方面的。有兴趣的话，可以去华南理工大学进行了解。当然，科学是没有止境的，本人相信在党中央国务院的正确领导下，在全国科技工作着营造良好的科学环境中，必然会有一批优秀的科技工作者在这筋混凝土框架结构中震可修标准领域做出优秀的成绩。
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原文的1．2节罗列了国外抗震规范层间位移角验算限值。原文的1．3节罗列了1．3节中震可修层间位移标准的相关研究；从这一节可以看出，国内在某些方面还是做得很出色，例如：除了从整体上控制层间位移外，还需控制单个构件因塑性变形转动过大产生无法修复的损坏。原文的1．4节给出了建议的中震可修层间位移角限值；原文是如此得出的：从国外抗震规范比较来看，对应或近似于中国抗震规范第二设防水准的层间位移角限值在1／300—1／100间，平均为1／175左右；为了与国外接轨就认为RC框架中震可修水准的层间位移角限值定在1／150为宜。总的来说，这三节的目的就是国外这么做，中国也该这么做吧。如果我们的确在这方面的研究很少、很肤浅，那么借鉴国外的经验也是件好事。本人已经八年不知书中自有黄金宝了，国内在这方面的研究如何就让大家来说吧。
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原文中的抗震安全系数的计算方法主要实现过程如下：(1)由规范加速度反应谱建立不同阻尼比ξ的位移--周期反应谱，(2)计算等效单自由度结构的目标位移，根据给出的可修水准层间变形角限值，确定结构的层间目标位移uj．，得到各层相对于地面的侧移，由式(4)确定目标位移 。 (3)确定等效质量和等效周期；(4)确定等效单自由度结构的刚度；(5)计算结构的基底剪力，和各层的水平地震作用；
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(6)计算为结构抗震安全系数，并统计分析，将各层的水平地震作用与其他荷载效应按标准值组合，进行具体的结构构件设计。
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上述六个计算步骤实在是只有拥有足够的专业造诣才能领会，再加上本人长时间没有读过书，所以不得不提出下面的问题，希望有位好心人来帮本人解答。
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规范加速度反应谱是指什么？哪本规范提到规范加速度反应谱？位移--周期反应谱是指什么？这位移与周期是指具体的结构的位移与周期还是等效单自由度结构位移与周期？按照原文的第五步，规范加速度反应谱是否是指地震影响系数曲线？按照原文的第三步，这位移与周期是否是指等效单自由度结构位移与周期？不然等效周期又该怎么确定？那么等效单自由度结构的刚度都没有确定，又怎么能确定等效单自由度结构位移--周期反应谱？如果不是指等效单自由度结构位移与周期，那么具体的结构又存在只受不同阻尼比ξ影响的位移--周期反应谱吗？
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按照原文的第二步，等效单自由度结构的目标位移是指具体的结构根据给出的可修水准层间变形角限值，得到的各层相对于地面的侧移的一种数学平均。按照原文的第三步，等效单自由度结构的等效质量是具体的结构各楼层质量的一种数学平均。按照原文的第四步，等效单自由度结构的刚度是根据自由度结构的振动得出的。按照原文的第五步，具体的结构的基底剪力为等效单自由度结构的刚度乘以等效单自由度结构的目标位移。
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对此，试问：首先，是具体的结构的每一层的层间位移角都达到可修水准层间变形角限值还是只是薄弱层的层间位移角都达到可修水准层间变形角限值为钢筋混凝土框架中震可修标准？其次，具体的结构的地震响应与单自由度结构完全不可能等同，这种等效又会带来什么样误差？这种等效的力学概念基础是什么？从原文的第五步看，是基于基底剪力相等的概念来等效的，那么又该怎么解释等效单自由度结构的目标位移与等效单自由度结构的等效质量的力学意义呢？第三，原文中提到“在按静力弹塑性分析求得的顶点位移一基底剪力曲线图中采用能量等值法确定等效顶点屈服侧移，根据结构第一振型分配层间侧移，再计算楼层屈服层间位移”，难道是等效单自由度位移延性系数影响很小？还是具体的结构的第一振型参与系数很小时，也可以不考虑其它振型的影响？第四，可以举这样一个例子：一个N层的双向对称钢筋混凝土框架，层高都为h，各层的结构与荷载都一样，为了便于说明问题，假设可修水准层间变形角限值一样。在理想化分析中，根据原文的第二步及原文的公式（1），那么各个结构的层间目标位移都一样；根据力学原理，只要在顶层施加一个力就可以了，其它层的外力为零。而根据原文的第五步，各个结构的层间目标位移都一样，那么各个结构楼层都有外力即地震力。这么假设可行的话，那么原文的第二步与原文的第五步是否存在令人可爱的矛盾？
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原文中在算例验证部分提到“按现行抗震规范设计4栋典型强柱弱梁型规则钢筋混凝土框架(如表3)”，大家能否从表3了解是怎么样的典型强柱弱梁型？在算例验证部分就根本没有采用“直接基于位移的抗震设计方法”。难道是原文作者也认为这种“直接基于位移的抗震设计方法”是不可行的吗？
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原文中提到“计算确定抗震安全系数最简单的方式就是对一定数量按现行抗震规范设计的框架进行可修标准的层间位移验算，对符合要求的结构用式(2)反算不同构件不同荷载形式下的抗震安全系数 ，再按某一可靠度水准统计分析确定。这种方法通常称为“校准法”，其优势是能保持与抗震设汁规范的延续性，同时也满足了小震不坏的要求。”在原文的算例验证部分3．2节抗震安全系数计算和抗震安全度水准调整中，提到“按图2所示的反应谱(R=1，2，3)作为地震输入，分析两栋8层和一栋10层规则钢筋混凝土框架，采用“校准法”，按式(2)确定与现行抗震规范具有相同设防水准的抗震安全系数，统计分析了480根梁柱构件不同受力情况下的安全数，统计平均结果如表4所示。”
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从上述可以知道，所谓的“校准法”就是采用中震水平的地震强度进行弹性分析计算，当层间位移满足可修标准时，再用弹性分析的内力来反算不同构件不同荷载形式下的抗震安全系数。然而原文也提到“当达到中震作用的地震力(小震的2．8l～2．88倍左右)水准时，一般的钢筋混凝土框架薄弱楼层的框架柱基本都已屈服，部分构件开始破坏”，也就是说，当达到中震作用的地震力水准时，一般的钢筋混凝土框架的内力重分配已经达到最大化，部分构件的变形能力已经发挥到极限。所以采用中震水平的地震强度进行弹性分析计算得到的内力根本就不是结构的真实内力，那么这种“校准法”还有多少价值？！
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原文的算例验证部分提到“采用3个地震动加速度记录(E1：1992 Cape Mendocino波，E2：1994 Northridge波和E3：1940 El Centro波)作为地震输入，进行弹性时程分析，地震动加速度峰值调整到0．2g；按图2所示R=l时的中震弹性加速度反应谱(E4)进行反应谱分析”。原文的图2显示，R=l时的中震弹性加速度最大值为4.5 m/s2。可以我国现行抗震规范明确规定：时程分析所用地震加速度时程曲线的最大值，设防烈度为7度时多遇地震为35 cm/s2，罕遇地震为220 cm/s2。那么，“进行弹性时程分析，地震动加速度峰值调整到0．2g”究竟是小震水平还是什么水平？可以我国现行抗震规范明确规定：水平地震影响系数最大值设防烈度为7度时多遇地震为0.08，罕遇地震为0.50。那么，进行反应谱分析时，弹性加速度最大值为4.5 m/s2究竟是大震水平还是什么水平？难道是按照日本规范或者是美国规范计算的？
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