钢筋混凝土抗震结构延性设计分析

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1、钢筋混凝土抗震结构延性设计分析　　摘要：钢筋混凝土抗震结构延性设计一直是抗震设计的核心问题，抗震设计到目前为止仍不成熟，很大程度靠工程师的判断，本文从结构与构件两个角度分析了影响钢筋混凝土抗震结构延性的主要原因，并提出了解决方法。为工程师在实际工程中准确把握钢筋混凝土抗震结构延性设计提供了新的思路。　　关键词：抗震结构，钢筋混凝土结构，延性设计钢筋混凝土抗震结构延性设计分析　　摘要：钢筋混凝土抗震结构延性设计一直是抗震设计的核心问题，抗震设计到目前为止仍不成熟，很大程度靠工程师的判断，本文从结构与构件两个角度分析了影响钢筋混凝土抗震结构延

2、性的主要原因，并提出了解决方法。为工程师在实际工程中准确把握钢筋混凝土抗震结构延性设计提供了新的思路。　　关键词：抗震结构，钢筋混凝土结构，延性设计　　我国抗震设计性能目标就是为实现“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒”三大性能为目标。“小震不坏”就是当建筑遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需要修理可继续使用；“中震可修”就是当建筑遭受本地区设防烈度地震影响可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用；“大震不倒”就是当建筑遭受高于本地区设防烈度的预估的罕遇地震影响时不至倒塌或者发生危机生命的严重破坏。对于“小震

3、不坏”我国抗震规范用弹性计算，即极限承载力计算和小震下的弹性变形计算来保证实现“小震不坏”的性能目标，对于“中震可修”我国抗震规范着重强调采用抗震措施与抗震构造措施来实现这个性能目标，也就是通过延性设计来保证“中震可修”。对于“大震不倒”我国抗震规范除了延性设计外，还需要进行罕遇地震下的结构弹塑性变形验算来实现目标。可见，相对于小震下的弹性计算，我国规范并没有大幅度提高中震与大震作用下的结构构件承载力，我国抗震设计的本质上是低承载力、高延性的设计思路。下面，笔者就从结构与构件两个方面阐述延性设计的基本思路。　　一、钢筋混凝土建筑结构延性设

4、计　　影响钢筋混凝土建筑结构延性主要有以下九方面的因素：合理选择结构体系，是否采用多道防线的结构体系，建筑规则性控制，先梁铰后柱铰的结构耗能机制，保证必要的结构刚度限制结构变形。节点连接的承载力和刚度要与构件的承载力和刚度相适应。合理考虑承载力与延性关系，在构件设计方面采取有效措施防止过早的剪切、锚固和受压等脆性破坏，地基基础的承载力和刚度要与上部结构相适应并应有足够的抗转动能力。　　1.合理选择结构体系：对于钢筋混凝土结构，一般说来纯框架结构抗震性能较差；框架－剪力墙结构抗震性能较好；剪力墙结构和筒体结构具有良好的空间整体性，刚度也较大

5、，历次震害中破坏都较小。　　2.多道防线的结构体系：由于地震有一定的持续时间而且可能是多次作用，为了增强结构的抗倒塌能力，抗震设计应使结构具有多道防线，如框架结构中的梁和柱，框剪结构的连梁、剪力墙和框架，剪力墙结构的连梁和墙肢等，第一道防线是在地震作用下首先进入屈服而进行耗能的主要构件，它们不应该是承受竖向荷载的主要构件但必须具有良好的延性。对于抗震等级较低的结构主要考虑第一道防线，而对于较高的抗震等级则应考虑更多的防线。　　3.建筑规则性控制：钢筋混凝土结构设计中，结构倾的刚度要均匀连续分布适应结构的反应要求，结构某一部位超强或者承载力

6、不足，在地震作用下都可能形成结构的相对薄弱部位而导致破坏。以上不仅仅是对主体结构而言，非结构墙体的不规则和不连续布置也会引起同样的后果。底层相对薄弱比上层薄弱更为不利。要控制刚度和承载力变化幅度，进行必要的变形分析。　　4.先梁铰后柱铰的结构耗能机制：要控制结构的屈服部位尽可能实现理想的机制，也就是横向构件屈服而竖向构件除根部外均处于弹性。例如框架结构要求强柱弱梁，剪力墙结构要求强墙肢弱连梁等。要完全实现理想的机制，需要有较大的强弱差别，在设计中可以按照不同的抗震等级适当的掌握。　　5.保证必要的结构刚度限制结构变形：在地震作用下结构的变

7、形包括层间位移和顶点位移两方面。层间位移主要是影响钢筋混凝土构件开裂，塑性铰发展以及非结构部件破坏。顶点位移主要是影响结构的整体稳定、防震缝的必要宽度以及小震时人的感觉等。高层建筑的基础转动对顶点位移有较大影响，因此基础结构必须有足够的整体刚度和抗转动能力。　　6.节点连接的承载力和刚度要与构件的承载力和刚度相适应：节点的承载力应大于被连接构件的全截面承载力。要从构造上采取措施避免节点的刚度和承载力过早退化，导致结构变形过大而失稳破坏。　　7.合理考虑承载力与延性关系：解决高层建筑抗震问题除了按延性设计外，另一途径是按接近弹性设计，也就是

8、使结构有较大的抗震承载力，这样就可以降低延性要求或只需要对主要耗能部位适当考虑延性。这对于风荷载较大的低烈度区是可行的。例如沿海六度区，考虑抗风已经具有一定抗侧力能力，少量提高承载力就可使抗震