同层结构抗震延性设计

摘要：我国是地震多发国家，所以对建筑结构抗震设计非常重视。随着结构抗震性能的不断研究，抗震设计思路和理论发生了很大的变化。为了增强建筑钢筋混凝土抗震性能，很多抗震地区的高层建筑都把结构设计成延性结构。本文将针对高层钢筋混凝土建筑结构，分析其抗震延性设计要点。

 

关键词：抗震设计；建筑结构；耗能；廷眭

 

高层建筑随着房屋层数的增多，结构荷载能力也要加强。在地震多发区域常用钢筋混凝土来增强结构的强度和整体性能。虽然钢筋混凝土有较强的抗震新年，但是其框架结构设计不合理也有可能出现比价严重的震害。结构抗震的合理性是根据结构延性来判断的(图一)。结构延性是指构件和结构的某个截面在屈服后，能够达到最大的承载能力或者承载能力基本不降低，并且能够吸收一定能量，能够避免脆性破坏，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。

 

1建筑结构抗震延性设计

 

地震过程中很多很多建筑结构都会进入弹塑性状态。结构延性设计能够在材料、构件和结构在荷载作用下屈服之后依然有足够的变形能力，变形降低了结构的刚度，结构在地震作用下的反应减小，然后依靠结构弹塑性变形来消耗和吸收地震能量，保证屈服部分发生延性破坏，保证整个结构的不会倒塌。所图1荷载一变形曲线以在抗震设计中，要考虑结构的延性设计，提高抗震结构的延性性能。

 

2影响建筑结构抗震延性设计的主要因素

 

2．1梁截面尺寸

 

一般框主梁宽度不宜小于200ram，次梁宽度不宜小于150ram。抗震结构下为了保证梁端塑性铰区混凝土保护层不剥落，梁截面宽度会设置宽一点，一般根据梁高来确定。梁的宽度取1／2—1／3梁高，宽度不大于支撑柱在该方向的宽度。

 

2.2钢筋的配筋率

 

位移延性和配箍率成正比，箍筋间距越，配箍率越大，延性的增长也越显著。钢筋配筋率能够增加混凝土横向变形约束和极限压应变，还可以提高结构构件抗弯矩能力，提高塑性铰的转动能力。纵向钢筋配筋率增加对框架柱截面的延性是有力的，但是当纵向配筋率达到一定的值，对框架柱变形能力的影响作用变弱了，而且纵向配筋率过大，还会使柱子产生剪力破坏和粘接破坏。所以纵向配筋率要根据规范标准来确定。高层建筑结构抗震设计分别在一、二、三、四级时，为了防止柱的脆性破坏和劈裂破坏，柱纵向配筋率一般不少于0．8％、0．7％、06％、0．5％。

 

2．3材料的强度

 

建筑材料是结构整体延性设计的基础。钢筋混凝土构件除了满足结构强度和刚度外，还要能够保证其具有较强的延性性能，避免主体结构受力不合理，地震时出现过早破坏。通常情况下采用降低构件的轴压比的方法来提高混凝土的强度。但是如果纵向配筋率相同，提高混凝土标号而会使纵向钢筋配筋率减少，反而降低位移延性。

 

2．4轴压比

 

柱的轴压比对框架结构延性、压弯构件位移延性有很大的影响。轴压比限值是柱轴压力设计值与柱轴压承载力设计值得比值，比值超过界限值就很容易发生脆性破坏，影响结构整体性。在框架柱有一、

 

二、三级抗震时，轴压比限值分别为0．7、0．8、0．9。

 

当轴压比过大，柱的延性随轴压比增大，因此，截面必须转动更大的角度才能使受拉区钢筋屈服。这必然使屈服位移大大增加，从而导致构件延性的大幅降低。

 

3钢筋混凝土结构的延性抗震设计

 

3．1强柱弱粱

 

防止建筑在强烈地震下倒塌，“强柱弱梁”是一个良好的手段。框架结构的延性和梁上的塑性铰有关，强柱弱梁型最先在梁上形成塑性铰来消耗地震作用，保护框架柱。如果梁中出现塑性铰，则说明塑性铰所要求的非弹性变形量较小，塑性铰分布比较均匀。如果柱中出现塑性铰，则说明非弹性变形集中在某一层的柱中，因而对柱有较高的延性要求。但是对柱的延性要求常常难以实现，而且还会出现较大层间侧移，会危及到整个结构安全。为了保证侧移不会对框架结构的稳定性产生威胁，在设计的过程中将非弹性变形限制在梁内，保证框架柱也具备相应的的弯承载能力，从而减少柱端屈服的可能性。

 

3．2强剪弱弯

 

“强剪弱弯”是一个从结构抗震设计角度提出的一个结构概念，“弯曲破坏”是延性破坏，是有预兆的，如开裂或下挠等，而“剪切破坏”是一种脆性的破坏，没有征兆性，一旦某个部位发生剪切破坏就永久性失去抗震能力，有可能导致整体倒塌。所以“强剪弱弯”就是要保证结构构件和节点不发生脆性破坏，不会危及到建筑的整体结构安全。为了防止梁、柱在地震是出现脆性破坏，需要构件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。框架结构“强剪弱弯”在设计时要根据承载力值和剪力值来对实施合理的构造。

 

3．3节点强锚固

 

接点就是梁柱搭接处，不管是梁还是柱的接点都是结构延性的薄弱环节，因为节点很容易受到地震水平作用而发生破坏。所以要在在梁铰机构作用之间保证接点和固锚没有被破坏。而框架节点破坏大多是由于节点处核心部位没有箍筋或者箍筋数量较少，在剪压作用下混凝土出现斜裂缝，甚至造成纵向箍筋屈服甚至拉断。为了保证框架节点和纵筋锚固不过早破坏，要在设计梁柱是要注意节点部位的混凝土等级以及箍筋数量。还可以通过在静力设计锚固长度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，框架节点设计应严格按照相关的规范进行。

 

3．4箍筋的构造要求

 

箍筋能够保证构件和节点的抗剪能力。为了实现“强柱弱梁”和“强剪弱弯”的目的，可以增加塑性铰区域内箍筋间距。箍筋还能对梁、柱塑性铰区混凝土和受压钢筋提供约束作用，改善结构的延性和耗能能力。因为梁和柱的构件破坏大多集中在两端，所以可以在两端加强箍筋。箍筋的长度、最小直径、最大间距和最小体积率都要根据规范来设计。

 

4总结

 

总之，要想做好高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计就必须了解延性的影响因素。在设计过程中我们要进一步研究结构和变形能力以及构件之间的关系，探索提高结构延性的方法和测量，高层建筑物的抗震性能达到我国抗震规范。

 

参考文献

 

[1]GB50010—2002，混凝土结构设计规范[s]．

[2]左宏亮，戴纳新，王涛．建筑结构抗震[M]．北京：中国水利水电出版社，2009．