孔建设
（山东省菏泽市公路勘测设计院，山东菏泽274000）
摘要：该论文先回顾了目前常用的五种结构抗震设计方法，然后从我国四川汶川地震后的建筑及桥梁结构灾后评估分析入手，总结了结构设计应注意的问题，并讨论了我国的结构抗震设计思路存在的问题。
关键词：结构抗震启示问题
1.目前常用的五种结构抗震设计方法回顾：
1.1基于承载力设计方法
此法又分为静力法和反应谱法。静力法是最早的结构抗震设计方法，将地震作用定量化为一总水平力作用于建筑物上，该力取值为建筑物总重量乘以一个地震系数，即认为结构在地震作用下，随地基作整体水平刚体移动，其运动加速度等于地面运动加速度，由此产生的水平惯性力，即建筑物总重量与地震系数的乘积，并沿建筑高度均匀分布。不过根据结构动力学的观点，静力法并没有考虑地震作用下的动力效应，即结构上质点的地震反应加速度不同于地面运动加速度，而是与结构自振周期和阻尼比有关。
采用动力学的方法，以地震加速度反应为竖坐标，以结构体系的自振周期为横坐标，所得到的关系曲线称为地震加速度反应谱，并以此来计算地震作用引起的结构上的水平惯性力更为合理，这就是反应谱法。
然而，静力法和早期的反应谱法都是以惯性力的形式来反应地震作用，并按弹性方法来计算结构地震作用效应，当结构遭遇到超过设计烈度的地震作用而进入弹塑性状态时，这种方法显然是无法应用的。
1.2基于承载力和构造保证延性设计方法
为解决由静力法向反应谱法过渡问题时，人们意识到应根据结构的延性性质不同来取不同的设计地震加速度，由此引入了地震力降低系数R，将地震加速度反应根据结构的延性不同而将下来。以美国UBC规范为代表，通过地震力降低系数R将反应谱法得到的地震加速度反应值am降低到与静力法水平地震相当的设计地震加速度ad，即。地震力降低系数R对延性较差的结构取值较小，对延性较好的结构取值较高。
与考虑地震重现期的抗震设防目标相结合，采用反应谱的基于承载力和构造保证延性的设计方法称为目前各国抗震设计规范的主要方法，此法实际是在对结构非弹性地震反应尚无法准确预知情况下的一种以承载力设计为主的方法。
1.3基于损伤和能量的设计方法
在超过设防的地震作用下，非弹性变形对结构抗震有着重要作用，但结构自身也因此产生一定程度的损伤，所以对结构在地震作用下的非弹性变形以及由此引起的结构损伤就成为结构抗震研究的一个重要方面，并形成了基于结构损伤的抗震设计方法。反应结构损伤指标引入了能量耗散能力计算，从能量观点来看，结构能否抵御地震作用而不产生破坏，主要在于结构能否以某种形式耗散地震输入到结构中的能量。
基于能量平衡概念来理解结构的抗震原理简洁明了，但将其作为实用的抗震设计方法仍有许多问题尚待解决，尽管基于损伤和能量的抗震设计方法在理论上有其合理之处，但直接采用损伤和能量作为设计指标不易为一般工程设计人员所采用，因此一直未得到实际应用。
1.4能力设计方法
二十世纪70年代后期，新西兰的专家提出了保证钢筋混凝土结构具有足够弹塑性变形能力的能力设计方法，该方法基于对非弹性性能对结构抗震能力贡献的理解和超静定结构在地震作用下实现具有延性破坏机制的控制思想提出，可有效保证和达到结构抗震设防目标，同时又使设计做到经济合理。
二十世纪80年代，各国规范均不同程度上采用了能力设计方法的思路。能力设计方法的关键在于将控制概念引入结构的抗震设计中，有目的的引导结构的破坏机制，避免了不合理的破坏形态，是一种主动抗震设计思想。
1.5基于性能/位移设计方法
二十世纪90年代发生在一些发达国家现代化城市的地震，虽然人员伤亡很少，但因高投资建筑物的结构损伤过大，所造成的经济损失却十分巨大。因此在现代化充分发展的今天，再单纯强调结构在地震下不严重破坏和不倒塌，已经不是一种完善的抗震思想，不能适应现代工程结构抗震需求。在此背景下美日学者提出了基于性能的抗震设计思想，就是使所设计的工程结构在使用期间满足各种预定的性能目标要求，其要求根据建筑物和结构物的重要性来确定。
由于用承载力作为单独的指标难以全面描述结构的非弹性性能及破损状态，而能量和损伤指标又难以实际应用，因此目前基于性能抗震设计方法的研究主要用位移指标对结构抗震性能进行控制，又称为基于位移抗震设计方法。
无论是基于性能还是位移的抗震设计，难点在于对结构进入非弹性阶段后结构性态的分析，目前此法还停留在概念阶段。
2.汶川地震给我们结构设计带来的启示
2008年5月12日，四川汶川发生了里氏8级的地震，这次地震伤亡和经济损失都很惨重。经过对灾后建筑及桥梁损害的调查了解，损坏的多是自行搭建或没有按照规范设计和施工的房屋以及处于震中附近线路上的桥梁，不过有些结构设计本身存在问题，总结如下：
⑴对于采用底部框架上部砖混结构的建筑物，由于上部结构较底部框架刚度大，地震中使底层框架柱的损毁严重，这中结构不合理的地方应引起我们的重视。
⑵砖混结构在此次地震中破坏较为严重，这种结构形式本身就带有脆性破坏，再加上施工质量问题，很容易在地震中裂缝甚至倒塌，今后设计中，尤其是一些公共建筑，要避免做成砖混结构。
⑶框架结构在此次地震中抗震性能较好，主体结构大都完好，只是部分建筑的填充墙出现剪切变形，及出现与梁底间的水平裂缝、墙身单斜裂缝、“X”型裂缝等裂缝，尤其是突出部位、圆弧转角处和平立面布置复杂部位的填充墙破坏更为严重。
⑷悬挑结构、高耸结构、带转角的结构，由于地震作用和本身刚度的薄弱，在地震中造成极大破坏，今后设计中应注意。
⑸楼梯间要避免设置在端部，休息平台尽量不要做成悬挑结构。震后发现设置在端部的楼梯间毁坏十分严重，休息平台用挑板做的部分毁坏十分严重。
⑹短柱破坏及角柱的破坏较多，忽略了“强柱弱梁”的设计原则。
⑺全桥损毁以及桥墩局部压溃、主拱开裂、主梁位移等严重震害主要发生在震中路线部分桥梁，需重建或加固才能使用。
⑻桥梁立柱开裂、支座变形、栏杆破坏、锥坡下沉等轻度震害没有造成承载能力的损失，经维修后可以使用。
3.我国结构抗震思路存在的问题
我国的现代抗震设计理论是从五十年代开始,我国在学习和借鉴世界其他国家关于结构抗震研究成果的基础上，逐渐形成了自己的一套较为先进的结构抗震设计思路，其中大部分内容都符合现代抗震设计理念，但从这次地震灾害中也看到了许多考虑欠妥的地方需要今后加以改善。
⑴与国外抗震规范相比，我国抗震规范在对“关系”的认识上还存在一定的差距，“关系”主要指在不同滞回规律和地面运动特征下，结构的屈服水准与自振周期以及最大非弹性动力反应间的关系。欧洲和新西兰规范按地震作用降低系数R（中震的地面运动加速度与小震的地面运动加速度之比）来划分延性等级，“小震”（设计用地面加速度）取值越高，延性要求越低，反之延性要求越高。美国UBC规范按同样原则来划分延性等级，但在高烈度区推荐使用高延性等级，在低烈度区推荐使用低延性等级。这几种抗震思路都是符合规律的。而目前我国将地震作用降低系数统一取为2.86，，而且还把用于结构截面承载能力设计和变形验算的小震赋予一个固定的统计意义。对延性要求并未按“关系”来取对应的值，而是按抗震等级来划分，抗震等级实质上又是按烈度分区来决定的，这就导致了同一个R对应了不同的小震，从而制定了不同的抗震措施，这与“关系”是不一致的。这种思路将会造成低烈度区的结构延性要求可能偏低的结果。
⑵我国规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标也存在一定的问题。该设防目标对甲类、乙类、丙类这三类重要性不同的建筑来说，并不都是恰当的。这种笼统的设防目标也不符合当今国际上的“多层次，多水准性态控制目标”的思想，由于不同类别建筑的不同重要性，不宜再笼统的使用以上同一个性态目标（设防目标），还应考虑建筑所有者的不同要求，选择不同的设防目标，从而在性态目标的选择上更加灵活。