李何瀟 王猛

摘要：介紹了結構超強的概念及影響因素，從不同結構類型的角度梳理了國內外對結構超強的研究成果，并對今后應關注的問題進行了簡要說明。

關鍵詞：結構超強;鋼結構;鋼筋混凝土框架結構

2008年汶川地震中出現(xiàn)的一個現(xiàn)象引起了研究者的關注：在已超過當?shù)卦O防烈度的地區(qū)中，多數(shù)按照規(guī)范設計且保證施工質量的建筑均未發(fā)生倒塌，說明建筑的抗震能力比設計能力更強，也即所謂的結構超強。結構超強現(xiàn)象的存在，雖然可以增加房屋在大震下的抗倒塌能力，但若對結構超強的具體程度沒有具體的掌握，不明確結構中存在超強的部位或構件，則在某些情況下可能會對結構安全產(chǎn)生不利影響，這些問題應引起相關研究者的注意并做進一步研究。

1結構超強的概念及影響因素

1.1結構超強的概念

實際工程中的建筑結構均具有較高的超靜定次數(shù)，且基于規(guī)范設計時考慮了可靠度、荷載組合、抗震措施等因素，同時設計人員在設計中通常存在人為放大的現(xiàn)象，以上因素都會使建筑結構的實際抗震能力大于其設計能力，稱為結構體系超強，通常用“結構超強系數(shù)”來進行度量，其具體含義為結構的實際抗震能力與其設計地震力的比值。

1.2結構超強的影響因素

從已有的研究成果來看，影響結構超強的因素較多，現(xiàn)梳理如下：（1）實際結構為超靜定結構，構件是逐個屈服的;（2）結構設計基于可靠度理論，且考慮了荷載的不利組合及正常使用狀態(tài)的要求;（3）規(guī)范中考慮了“強柱弱梁”等能力調整措施，人為增大了部分構件的承載力;（4）最小尺寸、最小配筋率等規(guī)定控制了部分構件的設計;（5）結構材料在實際地震中發(fā)揮出來的強度是標準值或平均值，比設計中采用的設計值大;（6）設計中未考慮或未充分考慮填充墻等非結構構件實際參與受力;（7）設計中存在的人為放大配筋及截面尺寸的情況。

2不同結構的研究成果

2.1鋼結構

Bertero和Uang及Whittaker和Bertero[1]分別對一鋼結構進行了試驗研究，研究表明這兩個鋼結構均存在超強，且超強系數(shù)分別為2.43和2.85。Assaf[2]針對層數(shù)和跨度，分別設計了4～12層、1～5跨共9榀鋼框架，基于材料的名義強度對上述鋼框架進行了Pushover分析，研究結果表明，上述鋼結構的超強系數(shù)受跨數(shù)的影響不明顯，但隨層數(shù)增加逐步變小。Freeman設計了處于不同設防分區(qū)的3個鋼框架結構，以研究設防分區(qū)對鋼框架結構超強的影響，結果顯示上述3個鋼框架結構的超強系數(shù)分別為3.3、3.6及1.9。Uang和Maarouf[1]對一經(jīng)歷了Loma Prieta地震的鋼框架進行了研究，研究顯示該結構的超強系數(shù)達到4.0。Humar和Ragozar[3]針對超靜定次數(shù)對結構超強的影響展開了研究，該研究設計了2-30層的多個算例，通過改變層數(shù)體現(xiàn)超靜定次數(shù)的影響，研究表明：當層數(shù)小于7時，超強系數(shù)隨層數(shù)增多而增大;當層數(shù)大于7時，超強系數(shù)隨層數(shù)增多而減小。

2.2鋼筋混凝土框架結構

Uang和Maarouf[1]對一經(jīng)歷了Loma Prieta地震的6層鋼筋混凝土框架結構進行了評估，結果顯示該結構的超強系數(shù)為1.9。Shinozuka和Hwang對一按UBC規(guī)范設計的4層鋼筋混凝土框架結構進行了研究，研究表明該結構的超強系數(shù)為2.2。Mitchell和Paultre[4]采用Pushover方法對2個按照NBCC1990設計的框架結構進行了研究，該結構為6層辦公樓，其中一個采取能力調整措施。研究表明：采用能力調整措施的結構超強系數(shù)更大，上述兩個結構的超強系數(shù)分別為4.6和2.14。Jain和Navin[5]從設防分區(qū)、平面框架位置和層數(shù)三方面對位于印度的平面框架進行了研究，算例設計考慮了不同的設防分區(qū)，不同的層數(shù)和中間榀及邊榀框架。結果顯示：設防分區(qū)對超強系數(shù)的影響最大，處于低設防分區(qū)的結構存在更大的超強;底層結構比高層結構的超強系數(shù)大;中間榀框架比邊榀框架的超強系數(shù)大。李剛強[6]對按我國規(guī)范設計的5榀鋼筋混凝土平面框架進行了研究，該5榀框架除了設防烈度不同外，其余條件均相同。結果顯示：該5榀框架存在不同程度的超強;處于低設防烈度區(qū)的框架的超強系數(shù)比高設防烈度區(qū)的更大;超強系數(shù)隨所采取抗震措施嚴格程度的增加而增大。劉蘭花[7]從層數(shù)和跨數(shù)兩方面對鋼筋混凝土平面框架的超強問題進行了探究。研究表明：單層單跨結構由于受重力荷載控制，超強系數(shù)最大;超強系數(shù)隨層數(shù)增加而變化的幅度并不明顯;跨數(shù)對超強系數(shù)的影響不大。翟長海[8]分別采用Pushover和增量動力分析方法對鋼筋混凝土框架的超強進行了研究。結果表明：相較于增量動力分析方法，Pushover方法在層數(shù)較多時已不再適用;按照我國規(guī)范設計的鋼筋混凝土框架結構存在超強，且可認為其超強系數(shù)為2。王樹和[9]主要考察了鋼筋歸并系數(shù)對鋼筋混凝土框架結構超強系數(shù)的影響，結果顯示：在層數(shù)較少時，鋼筋歸并系數(shù)對超強的影響更為明顯;超強系數(shù)隨鋼筋歸并系數(shù)的增大而增大。崔雙雙[10]在研究中考慮了填充墻和現(xiàn)澆板的作用，對所設計的15個算例進行了Pushover分析，結果表明：考慮填充墻和現(xiàn)澆板的作用后，結構的超強幅度會有提高。

3結語

本文對結構超強的概念及影響因素進行了簡要介紹，并梳理了國內外對結構超強問題的研究現(xiàn)狀。研究結果表明，按照不同國家規(guī)范設計的不同的結構，均存在超強現(xiàn)象。值得注意的是，超強有時也會對結構產(chǎn)生不利影響，如框架結構中梁的彎曲超強可能會導致結構更容易出現(xiàn)柱鉸機構，也有可能導致梁的剪切破壞先于彎曲破壞出現(xiàn);構件超強可能導致結構不會出現(xiàn)規(guī)范所引導的破壞模式;鋼筋強度超強會導致較為嚴重的粘結退化等，這一系列問題還有待于進一步研究。

參考文獻：

[1] 李剛強. 抗震設計的R ?μ基本準則及鋼筋混凝土典型框架結構超強特征分析[D].重慶： 重慶大學， 2006.

[2] 劉蘭花. 多自由度體系R ?μ規(guī)律初步分析及超靜定次數(shù)對結構超強的影響[D].重慶：重慶大學， 2007.

[3] 翟長海，謝禮立. 鋼筋混凝土框架結構超強研究[J]. 建筑結構學報. 2007（01）： 101-106

[4] 王樹和，張舉兵，王靈智. 鋼筋歸并對鋼筋混凝土框架結構超強特性的影響[J]. 北京科技大學學報.2013（06）： 831-835.

[5] 崔雙雙. RC框架結構整體抗震性能系數(shù)與綜合反應修正系數(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2013.