框架结构抗震延性设计思路和设计要点研究

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1、框架结构抗震延性设计思路和设计要点研究　　摘要:结构抗震的本质就是结构在地震作用下通过塑性变形耗散和吸收能量的能力，提高结构的变形能力和结构抗震性能。本文结合现行《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2008）相关规定，分析了钢筋混凝土框架结构延性设计的基本思想和基本公式要求，以及保证结构抗震延性的基本构造措施。关键词:钢筋混凝土框架结构延性设计抗震中图分类号：TU375文献标识码：A文章编号：在满足承载能力的条件下，结构抗震性能的优劣取决于结构的延性性能。结构承载能力较高，延性变形

2、能力较小，水平地震作用下吸收的地震能量较少，当结构遭遇超过本地区抗震设防烈度的地震作用时，很容易因脆性破坏而造成结构坍塌。因此，如何提高结构的抗震性能，保证结构在地震作用下的延性实现问题一直是工程技术人员所关注的问题。本文结合现行《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）（以下简称“规范”）和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2008）（以下简称“抗规”）对框架结构的延性实现问题进行了分析总结。一、框架结构的延性设计6框架结构主要由框架梁、框架柱和梁柱节点组成。框架结构的延性很大程度上取决于框架梁和框架柱构件本身的延性和屈

3、服弯矩。在地震作用下，框架经历加载和卸载的过程，即吸收和释放能量的循环，循环能量的差值即为结构或构件在地震作用下耗能的过程。结构吸收的地震能量可以由力—位移曲线所包围的面积来表示，如图1。（a）力-位移曲线的前期（b）力-位移曲线的后期图1力—位移曲线1.1框架梁的延性设计框架梁的延性设计可以从正截面抗弯和斜截面抗剪两个方面进行设计。1.1.1框架梁正截面延性设计框架梁正截面破坏形式有三种：少筋破坏、适筋破坏和超筋破坏。少筋破坏即梁受拉区配置纵向钢筋数量较少，因此在弯矩作用下，受拉区混凝土一开裂，受拉钢筋即屈服，甚至进入强化阶段，构件

4、破坏。为此，《规范》9.5.1条表9.5.1对最小配筋进行控制，防止出现少筋梁脆性破坏，即ρmin≥max0.2%,45ftfy%（1）式中ft——混凝土抗拉强度设计值；fy——纵筋抗拉强度设计值。6超筋破坏即纵向受拉钢筋配置量较多，在弯矩作用下钢筋未屈服而受压区混凝土破碎，属破坏较突然的脆性破坏。为此，《规范》第7.2.1条在计算构件受压区高度时规定了式（2）的限制条件，同时《抗规》6.3.3条第1款对不同抗震等级的框架梁的最大配筋率进行了限制，以防止出现超筋梁破坏。x≤ξbh0（2）式中x——截面受压区高度；ξb——界限受压区高度

5、；h0——截面有效高度。为保证梁处于适筋状态，设计结果除满足式（1）、（2）外还需满足：ρmax≤ξbα1fcfy（3）x≥2a’（4）式中α1——受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土轴心抗压强度设计值的比值，取值参见《规范》第7.1.3条；fc——混凝土抗压强度设计值；a’——受压区全部纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离。1.1.2框架梁的斜截面延性设计6框架梁斜截面破坏形式有三种：斜拉破坏、斜压破坏和剪压破坏。由于没有足够而有效的钢筋穿过斜截面而发生一裂即坏的斜拉破坏。为了避免工程设计中出现斜拉破坏，《规范》第10.2.10条对

6、梁的最小配箍率给予了限制，即ρsv,min=0.24ftfy（5）同时为满足不同抗震需求，《抗规》6.3.3条第3款、6.3.5对不同抗震等级的框架梁的箍筋直径、肢距等作出了相应规定。斜压破坏是由于在穿过斜裂缝的腹筋屈服前，剪压区混凝土的受压承载力不足，混凝土先被压坏。设计中往往通过截面控制防止斜压破坏的出现，《规范》第7.5.1条对此项进行了规定，当hw/b≤4时，V≤0.25βcfcbh0（6）当hw/b≤6时，V≤0.25βcfcbh0（7）当42的长柱的弯曲压溃破坏)，变形能力不断提高。6（4）纵向钢筋的配筋率。框架柱纵向钢筋

7、的最小配筋率是工程设计中较重要的控制指标，纵向钢筋的配筋率对框架柱本身是有利的，在一定程度上能提高框架柱截面的延性，为此《规范》第11.4.12条给出框架柱的最小配筋的限值。但是，如果纵向钢筋量过大，容易使柱子产生剪切破坏或粘结破坏，使延性变差，基于此原因，《规范》第11.4.13条给出了框架柱纵向配筋率的上限值。抗震设计时规范要求柱的剪跨比宜大于2（《规范》第11.4.11条），除此之外还采取了一系列的保证措施，例如：实现“强柱弱梁”的强柱系数（《规范》第11.4.2条、第11.4.3条）；实现“强剪弱弯”的强剪系数和柱箍筋加密区的

8、配箍要求（《规范》第11.4.4条、第11.4.14条、第11.4.5条和11.4.17条)。1.3节点的延性设计钢筋混凝土框架的延性和能量耗散能力，主要源之于梁和柱子上经过专门构造处理的塑性铰的变形。由于节点的动力性能