钢筋混凝土结构抗震设计思路和理解

一

.抗震设计思路的简单回顾

　　建筑结构抗震的发展是随着人们都地震动和结构特性的认识不断深入而逐
渐发展起来的，从诞生至今不过百年的历史，大致有以下几个发展阶段：
　　

(1) 静力阶段，它最先由日本大森房吉教授通过对当时有限的震害观测和理

论认识提出的抗震设计理论

,仅仅适用于刚体结构。它没有考虑结构的动力特性

和场地差别对建筑结构的影响

,不加区分的对所有结构都采用一个统一水平地震

力

V=kW(k≈0.1;W 为结构的重量)来考虑地震作用效应的影响。

　

 （2）反应谱阶段，随着真实地震动记录的获取和结构动力学理论的发展，

1940 年美国的 Biot 教授提出了弹性反应谱的概念，反应谱是单自由弹性体系在
获取的众多地震记录的激励下，结构周

 期与响应之间的关系，包括加速度反应

谱，速度反应谱，位移反应谱。它综合考虑了结构的动力特性，至今仍然是各国
规范设计地震力取值的基础。
　　地震作用力的计算常常用底部剪力法和振型分解反应谱法，振型分解反应
谱法的基本概念是：假定建筑结构是线弹性的多自由度体系，利用振型分解和
振型正交性的原理，将求解

n 个自由度弹性体系的地震反应分解为求解 n 个独

立的等效单自由度弹性体系的最大地震反应，进而求得对应于每一个振型的作
用效应。此时，就可以根据考虑地震作用的方式不同，采用不同的组合方式，对
于平面振动的多质点弹性体系，可以用

SRSS 法，它是基于假定输入地震为平

稳随机过程，各振型反应之间相互独立而推导得到的；对于考虑平

—扭耦连的

多质点弹性体系，采用

CQC 法，它与 SRSS 法的主要区别在于：平面振动时假

定各振型相互独立，并且各振型的贡献随着频率的增高而降低；而平

—扭耦连

时各振型频率间距很小，相邻较高振型的频率可能非常接近这就要考虑不同振
型间的相关性，还有扭转分量的影响并不一定随着频率增高而降低，有时较高
振型的影响可能大于较低振型的影响，相比

SRSS 时就要考虑更多振型的影响。

底部剪力法考虑到结构体系的特殊性对振型分解反应谱法的简化，当建筑物高
度不大，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，结构振动
位移反应往往以第一振型为主，而且第一振型接近于直线时，就可以把振型分
解法简化为基本的底部剪力法计算公式。这个基本公式计算得到的各质点的水平
地震作用可以较好的反映刚度较大的结构，但当结构基本周期较长，场地特征
周期较小时，计算所得顶部地震作用偏小，为此，《抗震规范》规定，当结构基
本周期大于

1.4 倍的场地特征周期时，在顶部附加水平地震作用。

　　（

3）动力理论阶段，随着对地震动认识和理解的不断加深，认识到反应谱

的一些不足，如对地震动持时的影响考虑不周，再加上计算机性能的提高，使
得动力法逐渐发展起来了，它的本质直接求解动力方程，但是由于地震时地面
运动加速度极不规则，对于微分方程无法求出它的闭合解，因此多采用数值积
分法。通常的做法是对已记录的地震波进行连续分段处理，每段的数据都看做不
变的，然后作用到结构上，通过动力平衡方程来求得此刻的加速度、速度、位移
反应，接着与前一段的加速度、速度、位移进行叠加，把叠加的结果作为下一时
段的初始数据，依此类推，最终求得结构在所给出低周反复地震波下的加速度、