延性钢筋混凝土大跨度框架结构的设计要点及其意义

ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ

．ｉｓｓｎ．１６７４－６０６６．２０１３．０３．０２５延性钢筋混凝土大跨度框架结构的设计要点及其意义

李思思

（中国建筑科学研究院深圳分院，深圳５１８０５７

）摘　要：　针对钢筋混凝土大跨度框架结构，

该文从延性设计的重要性出发，结合地震中框架结构发生的震害特点，重点分析钢筋混凝土大跨度框架结构延性设计的要点及相关意义。

关键词：　钢筋混凝土；

　大跨度框架结构；　延性设计；　设计要点Ｄｅｓｉｇｎ　Ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　Ｓｉｇ

ｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｏｆ　ＤｕｃｔｉｌｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｌａｒｇｅ　Ｓｐ

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．ｃｏｍ国民经济的快速发展导致高层建筑物如雨后春笋般出现，钢筋混凝土大跨度框架结构由于具有良好的延展性和较高的整体强度及完整性等优势，越来越多的应用于高层建筑物中。对于钢筋混凝土大跨度框架

结构来讲，

因具有楼层高、质量大等特点，一旦设计不当，在地震中很容易发生破坏，给生命财产安全带来严重威胁。因此，在对钢筋混凝土大跨度框架结构进行设计时，应根据相关规范准则进行严格设计，关键是做好结构物的延性设计。所谓延性设计，可以定义为结构物在承载力没有明显降低的条件下发生的非弹性变形能力。做好结构物的延性设计，有助于提高地震过程中结构物对地震能量的吸收能力，增强结构物抵抗破

坏的能力。该文从延性设计的重要性出发，

结合地震中框架结构发生的震害特点，重点分析钢筋混凝土大跨度框架结构延性设计的要点及相关意义。

１　大跨度框架结构延性设计的重要性及相关意义

对于钢筋混凝土大跨度框架结构，做好结构物延性设计的重要性及相关意义主要体现在以下几个方面：１

）结构物在发生破坏前具有明显的征兆，一旦发生破坏，破坏过程和速度相对较慢，能最大程度的保证生命安全，减小财产损失。

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）对于超静定结构，延性设计可以实现内力变化在结构内的重分布，延性设计的构件中允许出现塑性铰，

从而使构件的弯矩值合理分布，如此节约了建筑材料，方便施工。３

）对于地震等灾害中出现的偶然荷载，例如基础沉降引起的附加内力，延性设计可以作为结构的安全储备，增加结构的抵抗力和承载力。

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）在地震、爆炸等产生的动力作用下，延性设计可以减小动力作用引起的惯性力，增加结构的吸能能力，减小动力效应，降低产生的破坏程度。

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２　大跨度框架结构的震害分析

２．１　框架柱的破坏

地震中框架柱的破坏主要表现在以下两个方面：

１）强震中框架柱柱底部分出现水平裂缝，部分混凝土被压碎，导致纵向受力钢筋暴露表面，甚至部分钢筋发生屈曲，同时箍筋发生严重扭曲，如图１所示。

２）框架柱柱顶在与梁端连接处的节点发生严重破坏，框架柱端形成明显的塑性铰，钢筋发生弯曲外露，严重处甚至发生屈曲，如图２所示。

２．２　梁柱节点的破坏

梁柱节点是框架结构在地震中容易发生破坏的区域之一，其破坏的主要形式主要包括节点核心区的剪切破坏和钢筋的锚固破坏，主要表现在以下几个方面：受压区域混凝土被压碎，受拉区域钢筋发生屈曲破坏，框架柱端形成塑性铰，在节点处出现交叉裂缝。

２．３　建筑突出结构部分的“鞭梢效应”

部分钢筋混凝土框架结构由于功能需要在结构顶端存在突出部分，地震中该突出部分能产生明显的“鞭梢效应”，因此地震中突出部分极易产生破坏，破坏形式有表层混凝土发生剥落，突出部分与结构主体之间产生裂缝，甚至发生倾斜、坍塌等情况。

２．４　填充墙体的破坏

填充墙体一般采用砖砌体对结构物空间进行分割和围护，由于砖砌体自身的抗剪强度较低，同时在地震中变形能力较差，因此在水平地震作用力的作用下，填充墙通常情况下会出现水平缝和交叉裂缝。

３　大跨度框架结构延性设计要点

钢筋混凝土大跨度框架结构的延性设计要点主要包括以下３个方面：延性框架柱的设计、延性框架梁的设计和延性框架节点的设计。以下进行分别说明：

３．１　延性框架梁的设计要点

在地震作用中，梁构件是钢筋混凝土框架结构的主要耗能构件，这是由梁构件的延性来为框架结构提供延性，因此在抗震结构设计中要求框架梁应具有良好的延性。

如果钢筋混凝土框架结构在地震中形成梁铰结构，那么塑性铰的分布则会相对均匀，同时梁铰结构的延性设计要求也比较容易实现。另一方面，如果形成了柱铰结构，那么整个框架结构极易形成一个机构结构，导致结构出现不稳定，最终导致整个框架结构发生坍塌。因此，为了保证钢筋混凝土框架结构的延性，设计中要求同一节点上柱端截面抗弯承载力之和大于梁端截面抗弯承载力之和，即要求在框架结构设计的时候满足强柱弱梁的原则，保证结构有足够的能力抵抗地震力，减小地震力作用下框架柱端发生屈服的可能性，增加框架结构构件的延性。

３．２　延性框架柱的设计要点

框架柱是钢筋混凝土框架结构中主要的受力杆件，因此在抗震设计相关规范中，对框架柱和框架梁提出了以下两个要求，即强剪弱弯和强柱弱梁。

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