钢筋混凝土建筑结构的抗震延性设计研究

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1、钢筋混凝土建筑结构的抗震延性设计研究　　摘要：增强结构延性是提高建筑抗震性能的重要措施，所以地震区的建筑结构应设计成延性结构。为了合理提高抗震结构的延性性能，应对抗震概念设计和构造措施予以重视，合适的概念设计和构造措施对结构的延性起着至关重要的作用。　　关键词：抗震设计；建筑结构；耗能；延性　　一建筑结构抗震延性设计的内涵　　结构延性是指构件和结构在屈服后，具有承载力不降低或者基本不降低，且具有足够塑性变形能力的一种性能。结构的延性常常用延性比来表示。其含义有四层：整体与局部的协同；结构整体延性；构件延性；节点延性。结构概念设计是指在计算或设计中，对难以做出具体规定的问题，运用力

2、学、材料等相关知识进行概念的分析判断，合理选用材料、结构形式，控制产生塑性铰的顺序和位置并采取相应措施实现通过塑性铰区域的变形，能够有效地吸收和耗散地震能量；同时，这种变形降低了结构的刚度，致使结构在地震作用下的反应减小，也就是使地震对结构的作用力减小，以达到提高结构延性合理抗震设计的目的。　　二提高结构整体延性的原则和重要性　　结构整体延性设计的获得主要依赖于建筑材料选择，结构及结构体系的合理布置，对框架梁、柱、节点的合理设计及采取的相关构造措施实现。结构体系上设置和控制塑性铰出现的顺序、位置、转动能力，塑性铰出现和转动量大小依次应为板、连续梁、框架梁、框架柱。框架梁、柱塑性铰

3、应距节点适当位置。结构形式上对于高层建筑多使用钢骨一混凝土组合结构，或者是钢管混凝土结构，尤其是钢管混凝土，更将这两种材料能动地结合起来，钢管混凝土借助钢管对核心混凝土的约束，使钢管混凝土结构具备了高刚度、高抗力和更大的变形能力，而填充混凝土则可以减少钢管的局部屈曲变形，防止随之而来的钢管抗力的下降，且因混凝填满了整个钢管，不易出现一般钢筋混凝土和钢骨混凝土结构中发生的混凝土开裂、脱落现象，依靠套箍作用提高了混凝土的抗压强度和延性。目前，结构抗震设计的基本原则是：“小震不坏，中震可修，大震不倒”。如果把建筑物设计成在强烈地震作用下仍呈弹性反应，那么建筑物的造价将是十分昂贵的。把建

4、筑物设计成在强烈地震作用下呈非线性反应，进入屈服状态，靠结构的延性耗散地震能量，从而度过灾难而不倒塌，建筑物的造价比前者大大降低。此外，结构的延性也是建筑物遇到意外超载、碰撞、爆炸和基础沉降等引起超过设计预计的内力和变形是而不突然倒塌的保证。　　在现代房屋结构设计中，延性研究越来越显得重要，钢筋混凝土结构延性的研究是塑性设计方法和抗震设计理论发展的基础。所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用下，进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。描写延性常用的变量有：材料的韧性，截面的曲率延性系数，构件或结构的位移延性系数，塑性铰转角能力，滞回曲线，耗能能力等。试验和非线性计

5、算分析表明：构件的结构的破坏由受拉钢筋引起的，常表现出良好的延性，如适筋梁、大偏心受压柱等；而破坏由混凝土拉断、剪坏和压溃控制的常表现为脆性，如素混凝土板、超尽梁、地震作用下剪切破坏的短柱等。在地震作用下，混凝土结构或构件的破坏可分为脆性破坏和延性破坏两种，其中脆性破坏的危害时非常大的，设计上是一定要避免的，而延性破坏时指构件承载力没有显著降低的情况下，经历很大的非线性变形后所发生的破坏，在破坏前能给人以警示。钢筋混凝土结构的各类构件应具有必要的强度和刚度，并具有良好的延性性能，避免构件的脆性破坏，从而导致主体结构受力不合理，地震时出现过早破坏。因此，可以采取措施，做好延性设计，

6、防止构件在地震作用下提前破坏，并避免结构体系出现不应有的破坏。　　三钢筋混凝土结构的延性抗震设计　　结构遭遇罕遇大震时，将进人塑性阶段而产生较大变形，要求结构在保持一定承载能力的条件下通过塑性变形来吸收地震能量，以提高结构的抗震能力，因此，钢筋砼结构抗震设计均要求结构满足基本的设计准则，如平面布局的规则性，竖向刚度的连续性等，并要求实现以“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固”的延性框架概念设计，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，增强延性，从而提高变形能力。　　1强柱弱梁　　合理地选择框架结构破坏机理是框架结构延性设计的关键。强柱弱梁型对应

7、的破坏机理系在框架梁上首先出现塑性铰，通过梁上塑性铰的形成来消耗巨大的地震作用，从而降低地震作用对结构的反应．当结构经受较大侧向位移时，要确保框架结构的稳定性，并维持它承受竖向荷载的能力，就必须要求非弹性变形一般只限于梁内，从而保证了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。因此，框架结构应设计成强柱弱梁型，即要求框架节点处柱端实际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力，从而达到“强柱弱梁”的　　计算要求。　　2强剪弱弯　　为使框架结构具有良好的延性，首先结构构件和