摘要：地震作為一種具有強烈破壞力的自然災(zāi)害，在歷史上屢屢給人類帶來巨大的災(zāi)難。與此同時，人類也逐漸從災(zāi)難中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，既然地震是不可抗力，無法抗拒，那么只能采取措施降低損失的程度。其中建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計便是人類主動防御地震的重要方法。我國目前的建筑結(jié)構(gòu)多采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有很高的強度，在抗震設(shè)計時要注意加強結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計，以減小變形帶來的損失程度。本文詳細介紹了延性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的概念，對其中的設(shè)計方法和相關(guān)構(gòu)造措施進行了論述，希望為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計者提供參考。

　　關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土,框架結(jié)構(gòu),抗震設(shè)計,延性

　　前言

　　一座建筑物的抗震能力和安全性，不僅取決于構(gòu)件的(靜)承載力，還在很大程度上取決于其變形性能和動力響應(yīng)，取決于結(jié)構(gòu)吸收和耗散能量的多少，也就是說，結(jié)構(gòu)的抗震能力是由承載力和變形兩者共同決定的。承載力較低但具有很大延性的結(jié)構(gòu)，所能吸收的能量多，雖然較早出現(xiàn)損壞，但能經(jīng)受住較大變形，避免倒塌，而僅有較高強度而無塑性變形能力的脆性結(jié)構(gòu)，吸收的能量少，一旦遇到超過設(shè)計水平的地震作用時，很容易因為脆性破壞而突然倒塌。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種具有很高強度的框架結(jié)構(gòu)，但在抗震設(shè)計時，仍然需要考慮其延性設(shè)計，只有真正將強度和延性統(tǒng)一到抗震設(shè)計中，才能減小建筑物在大地震中的損壞程度。

　　一、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計的概念及優(yōu)點

　　（一）概念

　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國的工業(yè)與民用建筑中一種常見的結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)延性框架是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵。延性框架的抗震設(shè)計概念，主要包括以下三個方面：

　　1、通過調(diào)整構(gòu)件之間承載力的相對大小，實現(xiàn)合理的屈服機制，即“強柱弱梁”、“強墻肢弱連梁”、“強核芯區(qū)弱構(gòu)件”；

　　2、通過調(diào)整構(gòu)件斜截面承載力和正截面承載力之間的相對大小，實現(xiàn)構(gòu)件延性破壞形態(tài)，即“強剪弱彎”；

　　3、通過采取抗震構(gòu)造措施，使構(gòu)件自身具有大的延性和耗能能力。

　　（二）優(yōu)點

　　1、破壞前有明顯預(yù)兆，破壞過程緩慢，確保生命安全，減少財產(chǎn)損失，因而可采用偏小的計算安全可靠度。

　　2、出現(xiàn)非預(yù)計荷載，例如偶然超載，荷載反向，溫度升高或基礎(chǔ)沉降引起附加內(nèi)力等情況下，有較強的承受和抗衡能力。而這些因素在設(shè)計中一般是未予考慮的，因此延性材料的后期變形能力可作為出現(xiàn)上述情況的安全儲備。

　　3、有利于實現(xiàn)超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力充分重分布。延性結(jié)構(gòu)容許構(gòu)件的某些臨界截面有一定的轉(zhuǎn)動能力，形成塑性鉸區(qū)域，產(chǎn)生內(nèi)力重分布，從而使鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)能夠按塑性方法進行設(shè)計，得到有利的彎矩分布，使配筋合理，節(jié)約材料，而且便于施工。

　　4、在承受動力作用（如振動、地震、爆炸等）情況下，能減小慣性力，吸收更大動能，降低動力反應(yīng)，減輕破壞程度，防止結(jié)構(gòu)倒塌以及有利于修復(fù)。

　　5、延性結(jié)構(gòu)的后期變形能力，可以作為各種意外情況時的安全儲備。

　　二、影響抗震結(jié)構(gòu)延性設(shè)計的主要因素

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　　增加縱向鋼筋配筋率，不僅可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抵抗彎矩；同時也可以提高塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力，進而增加結(jié)構(gòu)的延性。

　�。ǘ�）箍筋配筋率

　　由實驗研究可知，位移延性隨著配箍率的增加而提高。箍筋間距越小,配箍率越大,延性的增長也越顯著。增加配箍率,就是增加對混凝土橫向變形的約束,提高混凝土的抗壓強度。提高配箍率還可以提高混凝土的極限壓應(yīng)變,使其在混凝土受壓區(qū)更均勻地分布,從而提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限位移值。

　�。ㄈ�）材料的強度

　　提高混凝土的強度,則降低構(gòu)件的軸壓比,無疑可以提高構(gòu)件的位移延性。但在縱向配筋率相同的條件下,提高混凝土標(biāo)號等于減少鋼筋在換算截面中所占的比重,也就意味著縱向鋼筋配筋率的減少,反而會使位移延性降低。

　�。ㄋ模┹S壓比

　　試驗表明,軸壓比是影響壓彎構(gòu)件位移延性的最重要因素。當(dāng)軸壓比過大時,使壓彎構(gòu)件中鋼筋的壓應(yīng)變增大,因此,截面必須轉(zhuǎn)動更大的角度才能使受拉區(qū)鋼筋屈服。這必然使屈服位移大大增加,從而導(dǎo)致構(gòu)件延性的大幅降低。

　　三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計

　�。ㄒ唬�強柱弱梁

　　合理地選擇框架結(jié)構(gòu)破壞機理是框架結(jié)構(gòu)延性設(shè)計的關(guān)鍵。強柱弱梁型對應(yīng)的破壞機理系在框架梁上首先出現(xiàn)塑性鉸，通過梁上塑性鉸的形成來消耗巨大的地震作用，從而降低地震作用對結(jié)構(gòu)的反應(yīng)．當(dāng)結(jié)構(gòu)經(jīng)受較大側(cè)向位移時，要確保框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并維持它承受豎向荷載的能力，就必須要求非彈性變形一般只限于梁內(nèi)，從而保證了框架柱具有足夠的抗彎承載能力儲備，大大減少柱端屈服的可能性。因此，框架結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計成強柱弱梁型，即要求框架節(jié)點處柱端實際受彎承載力要大于梁端實際受彎承載力，從而達到“強柱弱梁”的

　　計算要求。

　�。ǘ�）強剪弱彎

　　為使框架結(jié)構(gòu)具有良好的延性，首先結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點不能發(fā)生脆性破壞。在強震作用下，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力將按照各構(gòu)件的實際承載能力進行重分配，為防止梁、柱端塑性鉸區(qū)在彎曲屈服前出現(xiàn)脆性剪切破壞，就要求這些構(gòu)件的受剪承載力大于構(gòu)件屈服時實際達到的剪力值，這就是“強剪弱彎”的計算要求。框架結(jié)構(gòu)“強剪弱彎”的設(shè)計原則主要由設(shè)計剪力的計算、抗剪承載力計算公式的選取以及必要的構(gòu)造措施來體現(xiàn)。

　　1、設(shè)計剪力(作用效應(yīng))的計算與抗彎承載力的計算類似，按抗震等級的不同采用地震效應(yīng)調(diào)整系數(shù)，但較抗彎承載力計算更嚴格，以相對提高抗剪承載力。同時為減少框架梁柱在非彈性反應(yīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生剪切破壞的危險，梁(柱)端部的設(shè)計剪力應(yīng)與梁(柱)端部形成塑性鉸后的極限抗彎強度相對應(yīng)；

　　2、抗剪計算公式的選取主要表現(xiàn)為考慮到地震作用的反復(fù)性及剪切問題的離散性，采用在縱筋屈服后的偏下限抗剪承載力計算公式，并輔以一定的抗震構(gòu)造措施。與抗彎承載力的計算類似，抗剪計算一方面需增大結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠度(提高作用效應(yīng))，而且更為重要的是應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)延性要求的不同，即抗震等級的不同，提出不同的抗剪承載力計算公式。

　�。ㄈ�）強節(jié)點、強錨固

　　為保證框架結(jié)構(gòu)的延性，在梁鉸機構(gòu)充分發(fā)揮作用以前，框架節(jié)點、縱筋錨固不應(yīng)過早破壞�？蚣芄�(jié)點破壞主要是因為節(jié)點處核心區(qū)箍筋數(shù)量不足，在剪力與壓力的共同作用下，節(jié)點核心區(qū)砼出現(xiàn)斜裂縫，箍筋屈服甚至拉斷，柱的縱筋被壓屈甚至拉斷而引起的。故規(guī)范通過保證核心區(qū)混凝土強度及配置足夠數(shù)量的箍筋來防止節(jié)點核心區(qū)的過早剪切破壞，而強錨固要求則通過在靜力設(shè)計錨固長度的基礎(chǔ)上疊加一定的抗震附加錨固長度，利用鋼筋錨固端的機械錨固措施等來實現(xiàn)。

　　四、構(gòu)造措施上的延性保證

　　在結(jié)構(gòu)布置上,按擴大了的柱端抗彎承載力進行設(shè)計,理論上可將柱屈服的可能性減少,保證“強柱弱梁”的設(shè)計原則。但因各種原因,如梁的實際抗彎承載力可能增大,高振型使柱中反彎點的轉(zhuǎn)移等綜合因素影響,要使柱中完全避免塑性鉸是困難的,同時為實現(xiàn)“強剪弱彎”的要求,保證塑性鉸區(qū)域的局部延性,也必須通過一定的構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的延性,具體做法如下:

　　（一）限制軸壓比與縱筋最大配筋率

　　合理的受力過程可明顯提高構(gòu)件延性,為實現(xiàn)受拉鋼筋的屈服先與受壓區(qū)混凝土壓碎的破壞形態(tài),以提高塑性鉸區(qū)域的轉(zhuǎn)動能力,規(guī)范限制軸壓比與縱筋最大配筋率,同時對混凝土受壓區(qū)高度也提出相應(yīng)要求。

　�。ǘ�）限制約束配筋和配筋形式

　　加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距是很重要的一點,為保證“強節(jié)點”、“強柱弱梁”、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的設(shè)計原則及塑性鉸區(qū)域的局部延性,有必要加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距,這不但可提高柱端抗剪能力,還可約束核心區(qū)內(nèi)混凝土,對縱向鋼筋提供側(cè)向支承,防止大變形下縱筋壓曲,從而改善塑性鉸區(qū)域的局部延性。

　�。ㄈ�）限制材料

　　拒絕豆腐渣工程的第一關(guān)就是把握好原材料質(zhì)量,材料延性對確保構(gòu)件(結(jié)構(gòu))延性極為重要。

　　結(jié)語

　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式，建筑物越高，對結(jié)構(gòu)延性的要求也越高。因此，在抗震設(shè)計時，必須深入貫徹“強柱弱梁”、“強剪弱彎”和“強節(jié)點、強錨固”的設(shè)計思想，并以強有力的構(gòu)造措施來保證延性設(shè)計的成功實施，以達到我國“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防要求和延性設(shè)計思想，真正建設(shè)安全可靠的建筑結(jié)構(gòu)，保證人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

　　參考文獻

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　　本文選自國家級期刊《建筑知識》，《建筑知識》是由中國建筑學(xué)會主辦、中國建設(shè)部主管的建筑刊物，國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN11-1243/TU，國際標(biāo)準(zhǔn)刊號：ISSN1002-8544）。中國知網(wǎng)全文收錄�！督ㄖ�知識》雜志論文刊登范圍涉及建筑理論與設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)、規(guī)劃設(shè)計、建筑節(jié)能、園林綠化、工程管理、工程質(zhì)量與管理、建設(shè)經(jīng)濟、建筑工程施工、工程技術(shù)、公路橋梁、建筑遺產(chǎn)等。