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1、钢筋砼框架结构的延性设计分析 摘要：随着房屋建筑层数的增高，在地震设防地区的结构延性设计至关重要。本文分析了影响抗震结构延性设计的主要因素及其实现延性设计的机理与方法。 关键词：房屋建筑结构抗震延性设计实现方法 一、结构的延性在抗震设计中的重要性及概念 在我国的高层建筑中，钢筋混凝土结构应用最为普遍，其中钢筋混凝土框架结构是最常用的结构形式。因为其具有足够的强度、良好的延性和较强的整体性，目前广泛应用于地震设防地区。钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能，然而未经合理设计的框架结构会在地震作用下产生较严重的震害。结构抗震的本质就是延性，
2、延性是指结构或构件在承载能力没有显著下降的情况下承受变形的能力。破坏前无明显预兆，力-变形曲线达到最大承载力后突然下跌形成明显尖峰的构件称为脆性构件。破坏前有明显预兆，力-变形曲线在最大承载力附近存在明显的平台，能承受较大变形而承载力无显著降低的构件称为延性构件，如图所示。 脆性构件力―变形曲线延性构件力―变形曲线 1、结构抗震的延性设计 大量的实验研究和地震实例表明,在地震(尤其是罕遇地震)作用下,建筑结构大都会进入弹塑性状态,出现弹塑性变形。延性设计，即使结构在构件屈服之后仍具有足够的变形能力,依靠结构的弹塑性变形来消耗地震能量,保证屈服
3、部分发生延性破坏,避免结构发生脆性破坏和整个结构的倒塌。这种设防思想在新的建筑抗震设计规范中具体化为“小震”不坏，“中震”可修和“大震”不倒。世界上其他多地震国家的抗震设计规范，也都采用了类似的设计思想。 2、影响抗震结构延性设计的主要因素 1）钢筋的配筋率。增加纵向钢筋配筋率，不仅可以提高结构构件的抵抗弯矩；同时也可以提高塑性铰的转动能力，进而增加结构的延性。 2)箍筋配筋率。由实验研究可知，位移延性随着配箍率的增加而提高。箍筋间距越小,配箍率越大,延性的增长也越显著。增加配箍率,就是增加对混凝土横向变形的约束,提高混凝土的抗压强度。提高配
4、箍率还可以提高混凝土的极限压应变,使其在混凝土受压区更均匀地分布,从而提高结构构件的极限位移值。 3)材料的强度。提高混凝土的强度,则降低构件的轴压比,无疑可以提高构件的位移延性。但在纵向配筋率相同的条件下,提高混凝土标号等于减少钢筋在换算截面中所占的比重,也就意味着纵向钢筋配筋率的减少,反而会使位移延性降低。 4)轴压比。试验表明,轴压比是影响压弯构件位移延性的最重要因素。当轴压比过大时,使压弯构件中钢筋的压应变增大,因此,截面必须转动更大的角度才能使受拉区钢筋屈服。这必然使屈服位移大大增加,从而导致构件延性的大幅降低。 三、钢筋混凝土框
5、架结构抗震延性的设计实现。 我国建筑抗震设计规范(GBJ50011-XX)提出的三水准(小震不坏，中震可修，大震不倒)抗震设防目标，是以两阶段的设计方法，并以“强柱弱梁”、“强剪弱弯”及“强节点、强锚固”的延性框架进行设计，并辅以必要的构造措施来保证结构局部薄弱区域的强度与刚度，以加强结构的整体性，增大延性，提高变形能力来实现的。第一阶段设计为强度设计，保证结构满足第一水准抗震设防目标的要求；第二阶段设计为变形验算，保证结构满足第三水准抗震设防目标的要求；第二水准抗震设防目标则由抗震构造措施来加以保证。对于大多数结构，可只进行第一阶段设计，通过
6、概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设防要求。 目前的抗震结构均为超静定结构,超静定结构屈服破坏时会产生塑性铰,塑性铰的转动能力决定了结构的延性,因此,对抗震结构的延性设计主要集中在对结构构件塑性铰的研究设计上。 1强柱弱梁 框架结构的延性与塑性铰分布的部位有关。若梁中先出现塑性铰形成梁铰机构，则塑性铰分布比较均匀，每个塑性铰所要求的非弹性变形量也比较小，而且梁铰机构的延性要求也较容易实现。若柱中出现塑性铰而形成柱铰机构，非弹性变形就集中在某一层的柱中，对柱的延性会提出极高的要求，而这在柱中往往难以实现，且柱铰机构将伴随着较大的层间侧移，这
7、不仅引起不稳定的问题，还会危及结构承受垂直荷载的能力，导致整个结构的倒塌。在经受较大侧向位移时，为能确保框架结构的稳定性，并维持它承受竖向荷载的能力，必须要求非弹性变形一般只限于梁内，即要求在设计荷载下同一节点上柱端截面极限(设计)弯矩的总和大于梁端截面极限(设计)弯矩之和。这就是所谓“强柱弱梁”，即保证框架柱具有足够的抗弯承载能力储备，大大减少柱端屈服的可能性。 2强剪弱弯 框架结构的延性与构件的破坏形态有关。框架的抗震设计应遵循“强剪弱弯”的设计原则，以减少在非弹性变形时发生剪切破坏的可能性。框架结构“强剪弱弯”的设计原则主要由设计剪力的计
8、算、抗剪承载力计算公式的选取以及必要的构造措施来体现。设计剪力(作用效应)的计算与抗弯承载力的计算类似，按抗震等级的不同采
