高烈度區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性設(shè)計探討

趙玉霞，周美川

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州730050）

高烈度區(qū)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性設(shè)計探討

趙玉霞，周美川

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州730050）

目前在我國的建筑結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相對于其他材料的建筑結(jié)構(gòu)而言最為普遍，建筑結(jié)構(gòu)的功能要求是安全性和適用性以及耐久性。對于建筑結(jié)構(gòu)的最基本的功能要求安全性，在高烈度地區(qū)，遭遇大震的可能較大，所以抗震設(shè)計尤為重要，在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)延性設(shè)計是確?？拐鹪O(shè)防目標(biāo)“大震不倒”實現(xiàn)的本質(zhì)措施。

延性設(shè)計；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計

0 引言

由于人們對地震的認(rèn)識還很有限，目前，還不能準(zhǔn)確的預(yù)報地震，同時在強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)整體和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)非常復(fù)雜，而且存在很大的不確定性；另外目前我們認(rèn)可的抗震設(shè)計時采用的各種計算模型和計算假定，與實際建筑結(jié)構(gòu)存在者一定的差異，超出一定的工程范圍，就無法按目前的設(shè)計規(guī)范和規(guī)程設(shè)計。所以目前結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計在很大程度上可以看成是“近似估算”，追求高精度的數(shù)值計算沒有實際意義，而通過概念設(shè)計和抗震措施（含抗震構(gòu)造措施）加強(qiáng)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震目標(biāo)要求非常重要的措施。

延性的大小通常用延性系數(shù)μ來衡量，延性系數(shù)的數(shù)值越大，延性性能越好，延性系數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：μ=δu/δs，式中：δu為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的最大允許變形（如：位移、轉(zhuǎn)角等）；δs為屈服變形。一般可從三個方面進(jìn)行延性設(shè)計：首先，建筑結(jié)構(gòu)整體延性，一般用結(jié)構(gòu)的頂點極限側(cè)移與結(jié)構(gòu)的頂點的屈服側(cè)移比來控制；其次，結(jié)構(gòu)局部延性，結(jié)構(gòu)設(shè)計時通常采用層間側(cè)移比來設(shè)計；最后，構(gòu)件延性，這里的構(gòu)件指某一柱、某一梁、某一連梁、某一墻肢等。構(gòu)件的延性及強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的破壞機(jī)制決定了整個結(jié)構(gòu)整體的延性性能，延性越好則耗能能力也就越強(qiáng)。

1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計

抗震設(shè)防烈度越高，相應(yīng)的抗震設(shè)防烈度所對應(yīng)的設(shè)計基本地震加速度就越大，建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)也越大，所以高烈度區(qū)應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)的延性要求更嚴(yán)格?？紤]延性要求，現(xiàn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)程對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)依據(jù)建筑的設(shè)防類別、設(shè)防烈度、建筑結(jié)構(gòu)類型以及房屋高度采用不同的抗震等級。抗震等級有：特一級（延性要求特嚴(yán)格）、一級（延性要求很嚴(yán)格）、二級（延性要求嚴(yán)格）、三級（延性要求較嚴(yán)格）、四級（延性要求一般），共5個檔次，對建筑結(jié)構(gòu)延性的要求從嚴(yán)逐漸過渡到寬。

1.1 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性要求

1.1.1 強(qiáng)剪弱彎

在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計中，墻、柱、梁都應(yīng)符合“強(qiáng)剪弱彎”，因為構(gòu)件的延性與構(gòu)件的破壞形態(tài)有著直接的聯(lián)系，當(dāng)構(gòu)件由于受彎破壞時，破壞過程主要是受拉區(qū)的受拉鋼筋先達(dá)到屈服強(qiáng)度，然后受壓區(qū)的混凝土被壓碎而破壞，從受拉區(qū)的縱向受力鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度到受壓區(qū)的混凝土被壓碎，構(gòu)件能夠產(chǎn)生較大的變形和位移，可以看成是達(dá)到延性破壞；而構(gòu)件由于剪切破壞時，破壞過程中變形能力較彎曲破壞明顯偏小，耗能能力也較小，接近脆性破壞。在結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，“強(qiáng)剪弱彎”是通過內(nèi)力計算時剪力放大來實現(xiàn)的，配筋過程中設(shè)計值不應(yīng)隨意增大縱筋的配筋量，以防出現(xiàn)“強(qiáng)彎弱剪”的脆性破壞現(xiàn)象。

1.1.2 限制軸壓比

軸壓比對框架柱、剪力墻等豎向受壓構(gòu)件的延性有著較大的影響，試驗研究表明，豎向受壓構(gòu)

件的軸壓比較大時，構(gòu)件的延性較差，特別是高軸壓比時，構(gòu)件破壞接近脆性破壞，不能滿足延性要求。現(xiàn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范通過限制軸壓比的最大值來保證豎向構(gòu)件在強(qiáng)震作用下破壞時發(fā)生延性較好的大偏心受壓破壞，而不是發(fā)生脆性小偏心受壓破壞。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，當(dāng)豎向受力構(gòu)件的軸壓比超限時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┨岣哐有?，如：調(diào)整結(jié)構(gòu)布置降低軸壓比、加強(qiáng)箍筋配置、設(shè)置芯柱等措施改善構(gòu)件的延性。

1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)整體或局部延性要求

1.2.1 多道防線

多道防線是指：一個建筑結(jié)構(gòu)的體系由若干個延性較好的分體系組成，當(dāng)其中一個體系在地震作用下破壞后，另一個體系能立刻接替，抵抗后續(xù)的地震作用，防止結(jié)構(gòu)倒塌；另外，結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)有盡可能多的贅余度，合理的設(shè)置屈服機(jī)制，使結(jié)構(gòu)中的塑性鉸數(shù)量最大化，讓結(jié)構(gòu)能充分地吸收、消耗地震能量確保建筑結(jié)構(gòu)的安全可靠。對于框架結(jié)構(gòu)，它僅有單一的結(jié)構(gòu)體系，可通過控制框架結(jié)構(gòu)柱與框架結(jié)構(gòu)梁的剛度比及梁端調(diào)幅實現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”，使框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用首先在框架梁端相繼出現(xiàn)大量塑性鉸，充分地吸收和消耗巨大的地震能量，而柱端具有足夠的承載力防止結(jié)構(gòu)倒塌；結(jié)構(gòu)設(shè)計時：應(yīng)注意梁柱結(jié)構(gòu)的布置，合理的提高柱的截面尺寸，合理的進(jìn)行梁端調(diào)幅和配筋，防止柱鉸先于梁鉸出現(xiàn)。對于剪力墻結(jié)構(gòu)，連梁為結(jié)構(gòu)的第一道防線，在強(qiáng)震作用下連梁兩端首先相繼屈服，充分吸收和大量耗散巨大的地震能量；然后，墻肢為結(jié)構(gòu)的第二道防線，連梁屈服后，連梁對結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)降低，可不計其剛度貢獻(xiàn)，從而剪力墻獨立承擔(dān)后續(xù)的地震作用。框架—剪力墻結(jié)構(gòu)具有雙重抗側(cè)力體系?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)中，剪力墻的抗側(cè)剛度大，使之成為第一道抗震防線，第一道防線破壞后，框架則成為第二道抗震防線。

1.2.2 合理的剛度和承載力分布

震害表明：均勻?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)可以預(yù)估在強(qiáng)震作用下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，便于采取相應(yīng)的抗震措施。結(jié)構(gòu)的剛度和承載力局部突變及結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)是形成建筑結(jié)構(gòu)薄弱層的主要原因，這就要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計時：應(yīng)采用合理的結(jié)構(gòu)布置、荷載及承載應(yīng)盡量分布均勻，防止出現(xiàn)薄弱層。

2 結(jié)語

我國抗震設(shè)防的目標(biāo)之一是“大震不倒”，通過結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計，能夠有效的實現(xiàn)這個目標(biāo)。結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計主要是通過結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計在結(jié)構(gòu)布置、荷載布置、抗震措施、抗震構(gòu)造措施、計算設(shè)計的補(bǔ)充等幾個方面保證結(jié)構(gòu)的延性性能。

［1］GB50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］趙真，謝禮立.淺析傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計思想形成的一般規(guī)律［J］.地震工程與工程振動，2014，34（02）：19-26.

［3］任福民.鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震延性設(shè)計［J］.遼東學(xué)院學(xué)報，2006，13（49）：27-30.

［4］朱炳寅，高層建筑結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

TU375

A

1673-1093（2015）09-0083-02

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.09.021

趙玉霞（1981），女，工學(xué)碩士，講師，就職于甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，從事教學(xué)工作。

2015-04-26；

2015-05-05