钢筋混凝土框架结构的延性抗震设计

钢筋混凝土框架结构的延性抗震设计

摘要：本文主要从影响结构延性的主要因素、设计的基本原则和具体措施等方面进行探讨。

关键词：钢筋混凝土框架结构延性抗震设计

Abstract: this article mainly from the main factors affecting the structure ductility, design principles and specific measures are studied.

Keywords: reinforced concrete frame structure seismic design of ductility

前言

结构的延性可定义为结构在承载力无明显降低的前提下发生非弹性变形的能力。结构的延性反映了结构的变形能力，在结构的抗震设计中，延性的大小已作为衡量结构物抗震能力强弱的重要标准之一。钢筋混凝土框架结构体系在工业与民用建筑中是一种广泛应用的结构类型，对该类结构在抗震设计时应充分提高其整体的抗震能力。

一、影响结构延性的主要因素

框架结构是由梁、板、柱以及节点四个部分组成，其中梁、柱以及节点的延性决定了整个框架结构的延性。因此。只要保证柱、梁和节点的延性就可以保证框架结构的延性从而确保了框架结构的抗震能力。

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出现在梁端且又不能发生剪切破坏同时还要防止由于梁筋屈服渗入节点而影响节点核心区的性能。试验和理论分析表明影响梁截面延性的主要因素见表1。

柱是框架结构中主要的受力构件，要想提高框架结构的抗震性能，就必须确保构件有足够的延性，构件延性好的框架结构能吸收较多的地震能量。抗震性能

就好。因此。在进行框架结构设计时应．遵循强柱弱梁的设计原则，使塑性

铰出现在梁端，以增强构件的延性。

节点是框架梁柱构件的公共部分。节点的失效就意味着与之相连的梁与柱同时失效，所以对节点也应予以足够的重视。

二、框架结构抗震设计的基本原则

通过研究历次地震震害，发现有一定数量的框架结构没有明显破坏或者破坏轻微。我们发现这些建筑之所以损坏较轻，与其良好的抗震概念设计密不可分，而结构的延性设计功不可没，为达到良好的抗震性能，设计人员应把握以下原则。

1、采用合理的建筑平立面

建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。

2、提高延性设计

构延性和耗能的大小，取决于构件的破坏形态及其塑化过程，弯曲构件的延性远远大于剪切构件，构件弯曲屈服直至破坏所消耗的地震输入能量，也远远高于构件剪切破坏所消耗的能量。因此，结构设计应力求避免构件的剪切破坏，争取更多的构件实现弯曲破坏。

(1)强柱弱梁框架。延性结构在中震下就会出现塑性铰，应控制塑性铰出现的部位，使结构具有良好的通过塑性铰耗散能量的能力，同时还要有足够的刚度和承载能力以抵抗地震。在设计延性框架时，要控制塑性铰，使之在梁端出现(不允许在跨中出塑性铰)，尽量避免或减少柱子中的塑性铰，这一概念称为强柱弱梁。如梁端出现塑性铰，则数量多但结构不至形成机构；如果在同一层柱上下端出现塑性铰，该层结构将不稳定而倒塌，抗震结构应绝对避免这种薄弱层。柱是压弯构件，轴力大，其延性不如受弯构件；而且作为结构的主要承重构件，柱子破损不易修复，也容易导致结构倒塌，将引起严重后果，因此，延性框架应设计成强柱弱梁结构。

(2)强剪弱弯构件。必须保证梁、柱构件具有足够的延性，其要害是防止构件过早出现剪切破坏，即要求按强剪弱弯设计构件，并采取措施使构件中塑性铰出现后还有足够大的塑性变形能力。

(3)强节点、强锚固。必须保证各构件的连接部位不过早破坏，这样才能充分发挥构件塑性铰的延性作用。连接部位是指节点区，支座连接和钢筋锚固等。因此，延性框架中应设计强节点、强锚固。始终遵循“强柱弱梁，强剪弱弯、强节点、强锚固”原则。构件的破坏和退出工作，使整个结构从一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系，致使结构的周期发生变化，以避免地震卓越周期长时间持续作用引起的共振效应。

三、架结构的延性抗震设计

1、合理设置填充墙

我们知道，普通填充墙并不能称之为第一道防线，但可通过合理的构造措施实现，如设置构造柱、水平系梁、拉结钢筋等，提高填充墙的变形能力，包括抗裂能力和抗倒塌能力。填充墙在中震下发生一定程度的开裂应属于正常，但应控制在可修范围，并且应保证大震下填充墙不倒塌。在小震和中震下，填充墙与框架部分共同承担地震作用，并允许中震下填充墙部分开裂，大震下填充墙严重开裂，基本退出工作，整体结构抗侧刚度显著降低，主要由框架部分继续承担地震作用。这种组合墙应作为整体结构抗震的组成部分，在整体结构的抗震分析和设计中就要给予考虑，且相应的构造措施也要予以保证，并在施工中落实。

2、梁柱的延性设计

要使结构具有延性，就必须保证框架梁柱有足够的延性，而梁柱的延性是以其截面塑性铰的转动能力来度量的。因此框架结构抗震设计的关键是梁柱塑性铰设计。为此，应遵循：“强剪弱弯”设计原则。适筋梁或大偏压柱，在截面破坏时可以达到较好的延性，可以吸收和耗散地震能量，使内力重分布得以充分发展；而钢筋混凝土梁柱在受到较大剪力时，往往呈现脆性破坏。所以在进行框架梁，柱设计时，应使构件的受剪承载力大于其受弯承载力，使构件发生延性较好的弯曲破坏，避免发生延性较差的剪切破坏，而且保证构件在塑性铰出现之后也不过早剪坏，这就是“强剪弱弯”的设计原则，它实际上是控制构件的破坏形态。梁、柱剪跨比限制。剪跨比反映了构件截面承受的弯矩与剪力的相对大小。它是影响梁、柱极限变形能力的主要因素之一，对构件的破坏形态有很重要的影响。因此柱的剪跨比宜控制在1．5以上。

3、延性框架节点抗震设计

框架节点核心区受力比较复杂，在地震和竖向荷载作用下，主要是剪力和压

力。节点核心区可能出现的破坏形式有两种：剪压破坏和黏结锚固破坏。核心区的受剪承载力一般都不足，在剪压作用下出现斜裂缝，在地震往复作用下，形成交叉裂缝使混凝土挤碎，纵向钢筋压屈为灯笼状。另一方面，在地震往复作用下，框架梁伸入核心瓦的纵筋与混凝上间的黏结破坏，导致梁端转角增大，从而增大了层间位移。剪压破坏和黏结锚固破坏都不是延性破坏，核心区不能作为框架的耗能部位。因此，核心区的抗震设计概念是；强核心区和强锚周。主要抗震的构造措施是配置足够的箍筋、梁的上部钢筋应贯穿中间节点和梁的下部钢筋在核心区内应有足够的锚固长度。

结语