建筑抗震设计：结构材料特别要求

建筑结构材料性能指标和从抗震出发对施工中所提出的某些特别要求能否得到满足，对房屋抗震的工程质量至关重要。因此《建筑抗震设计规范》以强制性条文的方式规定：

3.9.1 抗震结构对材料和施工质量的特别要求，应在设计文件上注明

抗震设计对材料的总体要求是高强、轻质，减少脆性、足够的变形能力和延性系数

（表示极限变形与相应屈服变形之比）高。对常用结构材料的质量有明确要求。

（一）混凝土结构的钢筋

1.“试题”回顾

〖试题2.7.1〗钢筋（2000年）

为保证抗震性能拟采取下列措施，其中何项错误？

（A）钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25

（B）考虑抗震的框架，梁的纵向受拉钢筋配筋率不应大于2.5%

（C）受力钢筋应优先采用焊接接头或机械连接接头

（D）即使钢筋间距允许，在施工中也不宜按钢筋抗拉力设计值相等的原则以强度等级较低的钢筋代替原设计中的钢筋

〖试题2.7.2〗钢筋（2013年一级）

某框架-剪力墙结构，框架的抗震等级为三级，剪力墙的抗震等级为二级。试问，该结构中下列何种部位的纵向受力普通钢筋必须采用符合抗震性能指标要求的钢筋？

①框架梁；②连梁；③楼梯的梯段；④剪力墙约束边缘构件。

（A）①+② （B）①+③ （C）②+④ （D）③+④

2.《规范》规定

钢筋混凝土构件的延性和承载力，在很大程度上取决于钢筋的材性，所以不希望在抗震结构中使用高强钢筋，一般用中强钢筋。优先采用延性、韧性和焊接性较好的钢筋。

（1）非强制性的规定

《建筑抗震设计规范》规定：

3.9.3 结构材料性能指标，尚宜符合下列要求：

1 普通钢筋宜优先采用延性、韧性和焊接性较好的钢筋；普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB400级的热轧钢筋，也可采用符合抗震性能指标的HRB335级热轧钢筋；箍筋宜选用符合抗震性能指标的不低于HRB335级的热轧钢筋，也可选用HPB300级热轧钢筋。

注：钢筋的检验方法应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2011）的规定。

《混凝土结构设计规范》11.2.2条的规定和条文说明：

11.2.2 梁、柱、支撑以及剪力墙边缘构件中，其受力钢筋宜采用热轧带肋钢筋；当采用现行国家标准《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》GB1499.2中牌号带“E”的热轧带肋钢筋时，其强度和弹性模量应按本规范第4.2节有关热轧带肋钢筋的规定采用。

11.2.2 结构构件中纵向受力钢筋的变形性能直接影响结构构件在地震力作用下的延性。考虑地震作用的框架梁、框架柱、剪力墙等结构构件的纵向受力钢筋宜选用HRB400级、HRB500级热轧带肋钢筋；箍筋宜选用HRB400、HRB335、HRB500、HPB300级热轧钢筋。当有较高要求时，尚可采用现行国家标准《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》GB 1499.2中牌号为HRB400E、HRB500E、HRB335E、HRBF400E、HRBF500E、HRBF335E的钢筋。这些带“E”的钢筋牌号的强屈比、屈强比和极限应变（延伸率）均符合本规范第11.2.3条的要求；其抗拉强度、屈服强度、强度设计值以及弹性模量的取值与不带“E”的同牌号热轧带肋钢筋相同，应符合本规范第4.2节的有关规定。

（2）强制性的规定

《混凝土结构设计规范》规定：

11.2.3 按一、二、三级抗震等级设计的框架和斜撑构件，其纵向受力普通钢筋应符合下列要求：

1 钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。

2 钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30。

3 钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

《建筑抗震设计规范》规定：

3.9.2 结构材料性能指标，应符合下列最低要求：

2）抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件（含梯段），其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

《高层建筑混凝土结构技术规程》规定：

3.2.3 高层建筑混凝土结构的受力钢筋及其性能应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010的有关规定。按一、二、三级抗震等级设计的框架和斜撑构件，其纵向受力钢筋尚应符合下列规定：

1 钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。

2 钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30。

3 钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

对这三条规定的机理，“条文说明”有解说。

1）钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。

《混凝土结构设计规范》11.2.3条的“条文说明”的解说是：

对按一、二、三级抗震等级设计的各类框架构件（包括斜撑构件），要求纵向受力钢筋检验所得的抗拉强度实测值（即实测最大强度值）与受拉屈服强度的比值（强屈比）不小于1.25，目的是使结构某部位出现较大塑性变形或塑性铰后，钢筋在大变形条件下具有必要的强度潜力，以保证构件的基本抗震承载力。

《建筑抗震设计规范》3.9.2条的“条文说明”的解说是：

3 对一、二、三级抗震等级的框架，规定其普通纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。这是为了保证当构件某个部位出现塑性铰以后，塑性铰处有足够的转动能力与耗能能力。

2）钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.30。

《混凝土结构设计规范》11.2.3条的“条文说明”的解说是：

要求钢筋受拉屈服强度实测值与钢筋的受拉强度标准值的比值（屈强比）不应大于1.3，主要是为了保证“强柱弱梁”、“强剪弱弯”设计要求的效果不致因钢筋屈服强度离散性过大而受到干扰；

《建筑抗震设计规范》3.9.2条的“条文说明”的解说是：

同时还规定了屈服强度实测值与标准值的比值，否则本规范为实现强柱弱梁、强剪弱弯所规定的内力调整将难以奏效。

3）钢筋最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

《混凝土结构设计规范》11.2.3条的“条文说明”的解说是：

钢筋最大力下的总伸长率不应小于9%，主要为了保证在抗震大变形条件下，钢筋具有足够的塑性变形能力。

《建筑抗震设计规范》3.9.2条的“条文说明”的解说是：

要求框架梁、框架柱、框支梁、框支柱、板柱-抗震墙的柱，以及伸臂桁架的斜撑、楼梯的梯段等，纵向钢筋均应有足够的延性及钢筋伸长率的要求，是控制钢筋延性的重要性能指标。

3.算例

【例2.7.1】 按一、二级抗震等级设计时，框架结构中纵向受力钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值，不应大于（ ）。

（A）1.25 （B）1.30 （C）1.50 （D）1.80

答案：（B）

根据《建筑抗震设计规范》第3.9.2条，抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.30。

【例2.7.2】 按一、二级抗震等级设计时，框架结构中纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值，不应小于（ ）。

（A）1.25（B）1.50（C）1.80（D）2.00

答案：（A）

根据《建筑抗震设计规范》第3.9.2条，抗震等级为一、二、三级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。

【例2.7.3】 钢筋（2000年一级，因规范改版，本题已作相应调整。）

为保证抗震性能拟采取下列措施，其中何项错误？

（A）钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25

（B）考虑抗震的框架，梁端的纵向受拉钢筋配筋率不宜大于2.5%

（C）受力钢筋可采用采用焊接接头或机械连接接头

（D）钢筋代换除应满足等强代换的原则外，尚应综合考虑不同钢筋牌号的性能差异对裂缝宽度验算、最小配筋率、抗震构造要求等的影响。

答案：（D）

（1）根据《混规》11.2.3条，按一、二、三级抗震等级设计的框架和斜撑构件，其纵向受力普通钢筋应符合下列要求：钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25。（A）不准确，错误。

（2）根据《混规》11.3.7条，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5。（B）正确。

（3）根据《混规》11.1.7-3条，纵向受力钢筋的连接可采用绑扎搭接、机械连接或焊接。（C）正确。

（4）根据《混规》4.2.8条条文说明，钢筋代换除应满足等强代换的原则外，尚应综合考虑不同钢筋牌号的性能差异对裂缝宽度验算、最小配筋率、抗震构造要求等的影响，并应满足钢筋间距、保护层厚度、锚固长度、搭接接头面积百分率及搭接长度等的要求。（D）正确。

【例2.7.4】 题干见〖试题2.7.2〗（2013年一级）

答案：（B）

根据《抗规》第3.9.2条第2款，选（B）。

（二）混凝土

1.“试题”回顾

〖试题2.7.3〗混凝土强度等级（1999年）

有关高层建筑结构现浇框架混凝土强度等级的要求中，下列何项作法不妥？

（A）框架梁、柱混凝土强度等级相差不宜大于5MPa

（B）框架节点区混凝土强度等级宜比柱混凝土强度等级提高5MPa

（C）梁柱节点部位的混凝土应振捣密实，当节点钢筋过密时，可采用同一强度等级的细石混凝土(www.xing528.com)

（D）框架梁、柱混凝土强度等级相差可以大于5MPa，但节点区施工时应作专门处理

2.《规范》规定

《规范》根据抗震性能要求给出了混凝土最高和最低强度等级的限制。

《建筑抗震设计规范》对混凝土强度等级的限制是分成两个层次的。

对混凝土最低强度等级的限制是强制性的，下面采用黑体字表示。

3.9.2 结构材料性能指标，应符合下列最低要求：

2 混凝土结构材料应符合下列规定：

1）混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20。

对混凝土最高强度等级的限制是非强制性的。

3.9.3 结构材料性能指标，尚宜符合下列要求：

2 混凝土结构的混凝土强度等级，抗震墙不宜超过C60，其他构件，9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。

对混凝土最低强度等级限制的原因，《混凝土结构设计规范》11.2.1条的“条文说明”的解说是：

11.2.1（条文说明）

由于混凝土强度对保证构件塑性铰区发挥延性能力具有较重要作用，故对重要性较高的框支梁、框支柱、延性要求相对较高的一级抗震等级的框架梁和框架柱以及受力复杂的梁柱节点的混凝土最低强度等级提出了比非抗震情况更高的要求。

对混凝土最高强度等级限制的原因，《混凝土结构设计规范》11.2.1条的“条文说明”的解说是：

11.2.1（条文说明）

因高强度混凝土表现出的明显脆性，以及因侧向变形系数偏小而使箍筋对它的约束效果受到一定削弱，故对地震高烈度区高强度混凝土的应用作了必要的限制。

《混凝土结构设计规范》11.2.1条的规定和《建筑抗震设计规范》的规定是一致的：

11.2.1 混凝土结构的混凝土强度等级应符合下列规定：

1 剪力墙不宜超过C60；其他构件，9度时不宜超过C60，8度时不宜超过C70。

2 框支梁、框支柱以及一级抗震等级的框架梁、柱及节点，不应低于C30；其他各类结构构件，不应低于C20。

《高层建筑混凝土结构技术规程》则规定得更具体：

3.2.2 各类结构用混凝土的强度等级均不应低于C20，并应符合下列规定：

1 抗震设计时，一级抗震等级框架梁、柱及其节点的混凝土强度等级不应低于C30。

2 筒体结构的混凝土强度等级不宜低于C30。

3 作为上部结构嵌固部位的地下室楼盖的混凝土强度等级不宜低于C30。

4 转换层楼板、转换梁、转换柱、箱形转换结构以及转换厚板的混凝土强度等级均不应低于C30。

5 预应力混凝土结构的混凝土强度等级不宜低于C40，不应低于C30。

6 型钢混凝土梁、柱的混凝土强度等级不宜低于C30。

7 现浇非预应力混凝土楼盖结构的混凝土强度等级不宜高于C40。

8 抗震设计时，框架柱的混凝土强度等级，9度时不宜高于C60，8度时不宜高于C70；剪力墙的混凝土强度等级不宜高于C60。

3.算例

【例2.7.5】 抗震设计时，钢筋混凝土构造柱、芯柱、圈梁等的混凝土强度等级不应低于（ ）。

（A）C20 （B）C25 （C）C30 （D）C40

答案：（A）

根据《建筑抗震设计规范》第3.9.2条，构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20。

【例2.7.6】 抗震设计时，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，混凝土强度等级不应低于（ ）。

（A）C20 （B）C25 （C）C30 （D）C40

答案：（C）

根据《建筑抗震设计规范》第3.9.2条，混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30。

（三）砌体结构材料

1.“试题”回顾

〖试题2.7.4〗墙材选用（2006年）

下列对于砌体结构抗震设计的要求，何项不正确？

（A）采用的烧结普通黏土砖的强度等级不应低于MU10

（B）采用的混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5

（C）进行地震剪力分配时，对于高宽比大于4的砌体墙段，其层间等效侧向刚度可取为0.0

（D）对于砌体房屋，可只选择从属面积较小或竖向应力较大的墙段进行截面抗震承载力验算

〖试题2.7.5〗墙材选用（2007年）

抗震设防烈度7度区的某7层砌体房屋，在下列6类砖型中，符合规范要求且可能作为承重墙体材料的，应为下列何项组合？

①烧结普通砖；②烧结多孔砖；③P型多孔砖；④M型多孔砖；⑤蒸压灰砂实心砖；⑥蒸压粉煤灰实心砖。

（A）①、③、④、⑥（B）①、②、③、④

（C）①、②、⑤（D）①、②、③、④、⑤、⑥

2.《规范》规定

砌体结构材料应符合下列《建筑抗震设计规范》规定：

3.9.2 结构材料性能指标，应符合下列最低要求：

1 砌体结构材料应符合下列规定：

1）普通砖和多孔砖的强度等级不应低于MU10，其砌筑砂浆强度等级不应低于M5。

2）混凝土小型空心砌块的强度等级不应低于MU7.5，其砌筑砂浆强度等级不应低于Mb7.5。

3.算例

【例2.7.7】 对于有抗震设防要求的砖砌体结构房屋，砖砌体的砂浆强度等级不应低于（ ）。

（A）M2.5 （B）M5 （C）M7.5 （D）M10

答案：（B）

根据《建筑抗震设计规范》第3.9.2条的规定，对有抗震设防要求的砖砌体结构房屋，砖强度不应低于MU10，砂浆强度等级不应低于M5。

【例2.7.8】 题干见〖试题2.7.4〗（2006年二级）

答案：（D）

根据《建筑抗震设计规范》7.2.2条，对于砌体房屋，可只选择从属面积较大或竖向应力较小的墙段进行截面抗震承载力验算，故（D）是错的。其余各项的判断，见《建筑抗震设计规范》第3.9.2条及7.2.3条。

（四）钢结构的钢材

为了保证钢结构的延性，《建筑抗震设计规范》要求型钢的材质符合下列规定：

3.9.2 结构材料性能指标，应符合下列最低要求：

3 钢结构的钢材应符合下列规定：

1）钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85。

2）钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20%。

3）钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。

3.9.3 结构材料性能指标，尚宜符合下列要求：

3 钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢；当有可靠依据时，尚可采用其他钢种和钢号。

【例2.7.9】 抗震设防地区钢结构钢材应选用（ ）。

（A）伸长率不大于20%的软钢 （B）伸长率大于20%的软钢

（C）伸长率等于20%的软钢 （D）硬钢

答案：（B）

根据《建筑抗震设计规范》第3.9.2条第3款，钢结构的钢材应符合下列规定：

（1）钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85。

（2）钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率应大于20%。

（3）钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。