浅谈高层建筑抗震结构延性的强化设计.pdf

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1、加12年3月t耐囝蓑瞄规划与设计浅谈高层建筑抗震结构延性的强化设计沈春祥-许新杰：(1．中国中元国际工程公司2垣元建设控股集团有限公司)摘要：强化结构的延性等于强化高层建筑的抗震性能，文章介绍结构延性的台义及抗震结构延性设计中强节点强锚固、强柱弱梁和强剪弱弯的原则，同时提出应强化构造措施和概念设计，以保证整个建筑物达到“三水准’’抗震设防目标。关键词：结构延性：强化设计；构造措施；概念设计1结构延性的含义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，且具有足够颦性变形能力的一种性能。结构的延性一般用延性比来表示，延性比即是最大允许

2、变形与屈服变形之比，它反映了塑性变形能力的大小。结构延性包括结构总体延性、结构楼层延性、构件延性和杆件延性四层含义。结构延性的一般表达式为：“=△p，△y。而对于实测的荷载一变形曲线，如何确定其屈服变形和最大允许变形，国内外尚无统一标准，一般倾向于：对应予取理想弹塑性结构开始艇服时的变形，作为屈服变形；取实际结构极限荷载下或下降lO％时的变形作为最大允许变形。2高层建筑抗震结构的三强原则高层建筑的结构在遭遇罕遇大震时，将进入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龌性变形来吸收地震能量，以提高结构的抗震能力。因此，钢筋混凝土结

3、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“强柱弱粱，强剪弱弯，强节点、强锚固”三强原则的延性框架概念设计。2．1强节点强锚固梁柱竹点是保证框架结构延性的关键部位，这就要求在粱铰机构充分发挥作用以酶．框架节点和纵筋锚固不应过甲_破坏。框架节点破坏丰要是因为节点处核心区箍筋数量不足，在剪力与压力的共同作用下。节点核心区混凝土出现斜裂缝，箍筋屈服甚至拉断，柱的纵筋被压届甚车拉断而引起的。故规范通过保证核心区混凝上强度及配置足够数量的箍筋来防止节点核心区的过早剪切破坏，而强锚固要求则通过在静力设计锚固长度

4、的基础上叠加一定的抗震附加锚固长度，利用钢筋锚固端的机械锚固措施等来实现的。为保证梁柱屈服后节点仍对其有约束作用，框架节点设计应遵循“强节点弱杆件”的原则。通过对框架节点加密区及核芯区箍觞的要求以及梁柱纵筋的锚同要求保证在梁的塑性铰充分发挥作用前，框架节点具有足够的延性，钢筋的锚固不会过早地破坏。2-2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。强柱弱粱型对应的破坏机理系在框架梁上首先出现塑性铰，通过粱上塑性饺的形成来消耗巨人的地震作用。从而降低地震作用对结构的反应。当结构经受较大例向位移时。要确保框架结构的稳定性。并维持它承受竖向

5、荷载的能力。就必须要求非弹性变形一般只限于粱内，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町能性。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。2．3强剪弱弯为使框架结构具有良好的延性，首先结构构件和节点不能发牛脆性破坏。在强震作用F，结构的内力将按照各构件的实际承载能力进行莺分配，为防止粱、柱端塑性铰lx在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，就要求这些构件的受剪承载力大于构件屈服时实际达到的剪力值，这就是。强剪弱弯”的计算要求。框架结构“强剪弱弯”的设计原

6、则主要由设计剪力的计算，抗剪承载力计算公式的选取以及必要的构造措施来体现。(1)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用地震效应调整系数，但较抗弯承载力计算更严格，以相对提高抗剪承载力。同时为减少框架粱拄在非弹性反应区域内发生剪切破坏的危险，梁(柱)端部的设计剪力应与梁(柱)端部形成塑性铰后的极限抗弯强度相对应；(2)抗剪计算公式的选取主要表现为考虑到地震作用的反复性及剪切问题的离散性，采用在纵筋屈服后的偏下限抗剪承载力计算公式，并辅以一定的抗震构造措施。与抗弯承载力的计算类似，抗剪计算一方面需增大结构设计的可靠度(提

7、高作用效应)，而且更为重耍的是应根据结构延性要求的不同，郎抗震等级的不同，提出不同的抗剪承载力计算公式。3构造措施的强化在实际工程设计中，通常对结构(或构件)的延性不作具体计算，由于抗震结构的延性计算是卜分复杂的，因此要强化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，从而提高高层建筑的变形能力。我们在设计中主要采取以下几种构造来保证结构的延性：3．1控制截面尺寸为r保证框架梁中箍筋对混凝土的有效约束，粱截面的高竞比不宜大于4且梁宽不宜小于200mm同时粱的净跨与截面高度之比不宜小于4；为保证框架柱有足够的延件，框架柱的

8、截面尺寸在两个主轴方向刚度相差不宜太大。长宽比不宜大于3。掣掣JlL舡扯．‘-LI‘lLjL4LJ‘IL一‘lL皿．．1L