钢筋混凝土框架结构延性抗震设计分析

在我 国现有 的多层 、 高层 建 筑 中 ， 钢筋 混凝 土 框 架 结构是最 常用 的结构形式 。 因为钢 筋混凝 土框 架结 构 具有 平 面布 置灵 活 ，可 形成 比较大 的建 筑 使用 空 间， 还具有 足够 的刚度 、 良好 的廷 ｌ 然而设 计不 合理 生。
约 束混 凝 土 ， 约 束纵 向受 压 钢筋 ， 并 防止 它在 保护 层 混凝 土剥 落后过早 压屈 ， 以保证 梁端具 有足 够 的塑性
ｆ柱轴 压 比。 压 比是 指框架 柱组合 的轴压力 设 ６ ） 轴
计 值 与柱 的全 截 面面 积 和混凝 土抗 压 强 度设计 值 乘 积 的 比值 。 限制框架 柱轴压 比主要 为 了保证 框架 的延
该 正弯 矩有 可 能 明显大 于考 虑 常 遇地震 作 用 的梁 端
组合 正弯矩 。若梁端 下部纵 向钢 筋配 置过少 ， 可能 将
高框 架柱截 面 的延性 。但 是 ， 当纵 向配筋量 达到一 定
点 的约束 。为 了提 高节点剪 力 、 免梁侧 向失 稳破 坏 避 以及 确定梁 塑性变形 的能力 ， 要求 梁宽 不宜小 于柱 宽 的 １ 、梁 的高 宽 比不 宜 大于 ４及 梁 的跨 高 比不 宜 ／２
小于 ４ 。
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（ 梁截 面尺寸 。框架 梁宽 度不宜 小于 ２ ０ ｍ， １ ） ０ ｍ 在 地震作 用下 ，梁端 塑性 铰 区混凝 土保护 层容 易剥 落 ，
梁截 面宽度过 Ｊ ￣ 截 面损失 比较 大 ， ｌｌ ，ｌ 不利 于对 框架 节
ｆ 纵 向钢筋 配筋率 。从工程 实践 中得 知 ， ４ ） 增大 纵 向钢 筋配筋 率对框 架柱是 有利 的 ， 在一 定程 度上能 提
凝土 受压 区高 度 ， 对梁 的延性 影 响 比较 大 。在 梁端箍
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混凝 土 受压 区边 缘 的极 限压应 变 ， 因此 ， 当箍 筋体 积
配箍率 越 高 ， 柱子 的廷 性提 高就越 大 。
筋 加密 区 内 ， 部纵 向钢 筋 不宜 过 少 ， 部 和上 部 钢 下 下 筋 的截面应符 合一定 的 比例 。 考虑到 地震作 用 的随机 性 ，在较强 地震作用 下梁端 可能 出现较 大 的正弯 矩 ，
混 凝 土 制 品 与 技 术
坏。
值 时 ， 框 架柱 变形 能力 的提 高就 不 明显 了 ， 对 如果 纵
向钢筋配筋 率过 大 ， 会使 柱子产 生剪切 破坏 或粘结 破 ｆ 箍筋 。它 能有效改 善混凝 土 的受力 性能 ， 高 ５ ） 提
上 海建 材
（ 梁配筋 。 ２ １ 配置一定 数量 的受压 钢筋可 以减小混
比值 不宜大 于 ３ 柱的剪跨 比宜 大于 ２ ， 。
框架结 构包 含梁 、 、 、 板 柱 节点 等组成部 分 。梁 、 柱
以及节 点的延性 决定 了整个框 架结 构 的延性 ， 从而影 响到整 个框架结 构 的抗 震能 力 。
（） ２框架柱 截 面形状 。框 架柱 的截 面形 状 ， 会直 接 影 响框 架 柱截 面界 限破 坏 时钢 筋 和混 凝 土 内应 力 应 变 的分布 ， 响混凝 土受压 边缘 的极 限压应 变 。 影 （） 土 强度等级 。 高混凝 土强度 可 以在不 加 ３混凝 提 大截 面的情 况下 降低 轴压 比，但 混凝 土强度 过高 ， 则
变 形能力 。 当结构设计 成为 延性结构 时可 以通过 塑性
原则， 使塑性 铰 出现在梁端 。影 响框架 柱延 性 的主要
因素 ：
铰 区域 的变 形 ， 有效 地 吸收 和耗 散 地震 能量 ； 且 塑 并
性 变形降低 了框架 结构 的刚度 ， 框架 结构在 地震 作 使
用 下的反应减 小 ，地 震对框 架结 构 的作 用力 降低 ， 提 高框 架结构抗 震潜 力 ， 增强 框架结构 抗倒塌 能力 。
２ 影响框 架结构 延性 的主要 因素
（ 框 架柱截 面尺寸 。 了保证 框架柱 有足够 的延 １ １ 为 性 ， 架柱 截面尺 寸在两个 主轴 方 向的刚度 不宜相 差 框 太 大 ， 的截面 宽度 和高 度均 不宜 小于 ３ ０ ｍ； 柱 ０ ｒ 圆柱 ａ 的截面直 径 不宜小 于 ３ ０ ５ ｍｍ；柱 截 面高度 与 宽度 的
铰转 动能力 。 ２２ 柱 是框架 结构 中主要 的受力构 件之一 ．
在框 架 柱 的设 计 中应 该 遵循 “ 强柱 弱 梁 ” 的设 计
的框架结构 在地震 作用下会 产生 比较严重 的震 害 。 结
构抗 震 的本 质就是廷 性 ， 延性 是指 构件 和结构 屈 服之 后 ， 承载 能力 基本 不 降低 的情 况 下 ， 在 具有 足 够塑 性
性要 求 。抗 震设计 时 ， 了预计 不可 能进入 屈服 的柱 除
外 ， 常希 望柱子 处于大偏 心受压 的弯 曲破坏状态 。 通
０ ０
从 而使框 架柱在地震 作用下不会发 生脆性破 坏 ， 保证
框架结构 “ 而不倒” 坏 。 核心 混凝土 出现交 叉斜裂缝 ， 力 由斜压 杆过渡到水 剪
科
技
前
钢筋 混凝 土框 架 结构延 性 抗震 设计 分析
武汉 工程 大学环境 与城市建设 学院 谭 皓 陈朝娟
沿
新
闻
信 １ 框 架结构 延性 的抗 震性 能
息
发生下部 钢筋 的过早屈服 甚至拉 断 。 高梁端下部 纵 提 向钢筋 的数 量 ， 有助于 改善梁 端塑性 铰 区在负 弯矩 也 作 用下 的延性性 能 。 在梁端 塑性 铰区段加 密箍筋 可以
极 限压 应 变会 减小 ， 形 能力 比较 差 ， 柱子 的延 性 变 对 产生 不利 的影响 。
２１ 梁是 框架结构 中的主要受力 构件之 一 ． 在 抗 震设 计 中要 求 塑性 铰首 先 出现 在 梁 端 并且
不能发 生剪切 破坏 ， 同时还要 防止 由于 梁筋屈 服而影 响节点 核心 区的性能 。试验 表 明 ， 响 梁截 面延性 的 影 主要 因素有 ：