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1、钢筋混凝土建筑结构抗震中重点加强结构的刚度和延性摘要：增强结构延性是提高建筑抗震性能的重要措施，所以地震区的建筑结构应设计成延性结构。为了合理提高抗震结构的延性性能，应对抗震概念设计和构 造措施予以重视，合适的概念设计和构造措施对结构的延性起着至关重要的作用。关键词：抗震设计；建筑结构；耗能；延性1 建筑结构抗震延性设计的内涵结构延性是指构件和结构在屈服后，具有承载力不降低或者基本不降低，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。其含义有 四层：整体与局部的协同；结构整体延性；构件延性；节点延性。结构概念设计 是指在计算或设计中，对难以做出具体规定的问题，运用力学、材料
2、等相关知识 进行概念的分析判断，合理选用材料、结构形式，控制产生塑性铰的顺序和位置 并采取相应措施实现通过塑性铰区域的变形，能够有效地吸收和耗散地震能量； 同时，这种变形降低了结构的刚度，致使结构在地震作用下的反应减小，也就是 使地震对结构的作用力减小，以达到提高结构延性合理抗震设计的目的。地震是经常发生的严重自然灾害，其特点是具有突发性，提前准确预报的几 率极低。我国属于地震多发国家，需要采取抗震设防的地域广大。对此，加强研 究结构的抗震，减轻地震造成的损失极其重要。在国际抗震理论的影响下，国内 从 20 世纪 50 年代即开始研究现代抗震设计理论，积累了相当的研究成果和实践 应用经验，相继
3、制定了一些规范和标准，如抗震设计规范( GB 50011-2001)经 过多次修改提高，技术含量达到国际水平，但受国家经济实力的限制，安全可靠 度的设置仍低于发达国家。要切实有效按照现行抗震规范制定的思路进行，应从 以下几个方面加强构造处理。2 抗震设计的指导思想 地震也分为小震、中震和大震几个震级。对于偶然性很大的地震荷载，要达 到设计强度一定大于结构力是不可能实现的。受经济能力制约的因素，只能从概 率的角度考虑，使建筑结构体在一定概率保证下，可安全正常地发挥作用，这应 当是抗震设计的指导思想，即是经常说的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的理 念。(1) 在小震的作用力下，要求结构不受损伤或
4、不修理仍然正常使用。从结构的 抗震分析来看，就是要求结构在小震作用出现后保持结构的弹性反应状态。而不 出现使建筑结构体产生非结构性破坏的非弹性反应状态，同时结构侧向变形应力 控制在合理的限制范围以内，作用是使结构具有足够的抗侧向刚度。(2) 中震是属于达到设防烈度的地震。当出现中震作用的地震力时，建筑结构 可以有一定程度的损失和破坏，经过简单修复或表面处理就可以正常使用，从适 用角度考虑经过简单表处达到正常使用的费用并不高。(3) 对于发生概率极小的，罕见大地震如四川汶川“512”大地震，遭受的破坏 是极其严重的。建筑物的设防烈度必须要提高12度，要求结构在遇到时不倒 或不出现危及生命的程度。
5、采取一种这样的设防目标应该是合适和经济的。因为地震的发生极其偶然难 以预测，如果一味地追求结构的强度以确保发生中、大震时不被破坏，将会造成 大量材料及在大部分时间内，甚至几十年都处于不能发挥的现象，造成的浪费更 大。在这种设计指导精神下就要求建筑结构所处的状态是：(1) 当小震时能确保所建工程的结构件在抵抗震动力时具有足够的强刚度，通 过验算在小震作用处于弹性状态不损坏。在处于这个阶段的结构件不会发生非线 性变形，没有必要采取特别的构造措施处理。(2) 在中地震应力下，结构的某些关键部位会超过弹性强度，进入屈服阶段的 较大变形状态，达到非线性阶段。这时对延性的需求极其迫切，包括承受极大变 形的
6、能力和靠滞回特性吸收能量的能力，是抗震设计中一个极重要的特性。当中 震来临时因结构具有非弹性特征，某些特殊构件超过其弹性强度进入到塑性状态。 由于它具有一定的延性，其非线性可以承担塑性变形，使它在变形中能耗费和吸 收地震能量。结果是会导致宽裂缝的产生，混凝土起壳脱落或是残余变形，但不 会导致安全失效后果，达到中震可修的设防目标。处于这个阶段的结构对延性提 出相应的需求，而延性的细部构造是设计的重要控制内容。(3) 当大震来临时，建筑结构的非线性变形十分严重，会发生不可能修复的破 坏状况。处于这个状态下的建筑结构就需要通过计算，使弹塑性变形达到结构不 倒塌的目标。在正常情况下只需要按小震的作用效
7、应，同其他荷载效应的结合，验算构件 截面抗震承载力及其弹性变形。而中震的作用效应则是需要靠一定的塑性即延性 变形能力来抵抗。从此可以看出建筑物结构的延性构造是非常重要的。3 钢筋混凝土结构的延性抗震设计3.1 强柱弱梁 合理地选择框架结构破坏机理是框架结构延性设计的关键。强柱弱梁型对应 的破坏机理系在框架梁上首先出现塑性铰，通过梁上塑性铰的形成来消耗巨大的 地震作用，从而降低地震作用对结构的反应当结构经受较大侧向位移时，要确 保框架结构的稳定性，并维持它承受竖向荷载的能力，就必须要求非弹性变形一 般只限于梁内，从而保证了框架柱具有足够的抗弯承载能力储备，大大减少柱端 屈服的可能性。因此，框架结
8、构应设计成强柱弱梁型，即要求框架节点处柱端实 际受弯承载力要大于梁端实际受弯承载力，从而达到“强柱弱梁”计算要求。3.2 强剪弱弯 为使框架结构具有良好的延性，首先结构构件和节点不能发生脆性破坏。在 强震作用下，结构的内力将按照各构件的实际承载能力进行重分配，为防止梁、 柱端塑性铰区在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，就要求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，这就是“强剪弱弯”的计算要求。框架结构“强剪 弱弯”的设计原则主要由设计剪力的计算、抗剪承载力计算公式的选取以及必要的 构造措施来体现。(1) 设计剪力(作用效应)的计算与抗弯承 载力的计算类似，按抗震等级的不同采用地震效应调
9、整系数，但较抗弯承载 力计算更严格，以相对提高抗剪承载力。同时为减少框架梁柱在非弹性反应区域 内发生剪切破坏的危险，梁(柱)端部的设计剪力应与梁(柱)端部形成塑性铰后的极 限抗弯强度相对应；(2) 抗剪计算公式的选取主要表现为考虑到地震作用的反复性及剪切问题的离 散性，采用在纵筋屈服后的偏下限抗剪承载力计算公式，并辅以一定的抗震构造 措施。与抗弯承载力的计算类似，抗剪计算一方面需增大结构设计的可靠度(提高 作用效应)，而且更为重要的是应根据结构延性要求的不同，即抗震等级的不同， 提出不同的抗剪承载力计算公式。3.3 强节点强锚固 梁柱节点是保证框架结构延性的关键部位，这就要求在梁铰机构充分发挥
10、作 用以前，框架节点和纵筋锚固不应过早破坏。框架节点破坏主要是因为节点处核 心区箍筋数量不足，在剪力与压力的共同作用下，节点核心区砼出现斜裂缝，箍 筋屈服甚至拉断，柱的纵筋被压屈甚至拉断而引起的。故规范通过保证核心区砼 强度及配置足够数量的箍筋来防止节点核心区的过早剪切破坏，而强锚固要求则 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。4 总结总之，我国现行抗震规范(GB500112001)对框架结构的延性设计着重在概念 设计，但框架结构在进入弹塑性阶段后的抗震性能主要还是依靠抗震措施来保证。 框架结构的抗震等级与变形能力及其与构件的变形能力至今仍无明显的定量关系。 在框架结构的延性设计中如何实现其在抗震措施的定量化并在设计中付诸实施， 仍是一个值得大家共同研究、探讨的问题。参考文献1 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， 20192 郝进锋，王振.地震区城镇建筑框架结构概念设计J.世界地震工程，2017(3)： 120-123.
