鋼筋混凝土框架結構抗震延性設計要求

鋼筋混凝土框架結構抗震延性設計要求導言框架結構在地震時進入屈服階段來應對超過地震烈度的抗震設防烈度，當屈服還不能抵消時就會發(fā)生塑性變形來吸收和消耗地震能量。鋼筋混凝土框架結構延性的重要性混凝土框架結構抗震實質上就是結構的延性設計。所謂延性，指的是指構件與結構屈服之后，在其承載能力不下降的前提下，所具備的塑性變形能力，這種能力被稱為“延性比”。提高結構的延性比有助于提升框架的抗震潛能，加強其抗倒塌能力。設計在延性結構的混凝土框架通過其塑性鉸區(qū)域發(fā)生變形，可以有效吸收和分散地震傳對于框架作用力；該區(qū)域變形也可以使整體框架剛度得以降低，減弱地震對于結構的作用力。具有延性結構能夠使框架對于承載力要求降低，事實上延性結構對抗突發(fā)地震的武器就是它所具有的變形能力。也就是說，如果鋼筋混凝土框架的結構延性不夠好，那么就要求框架對于地震具備足夠大的承載力。鋼筋混凝土框架結構抗震延性設計延性設計是針對延性結構在鋼筋混凝土建筑結構中所起到的與結構本身的承載能力一樣不可忽視的作用，而進行的研究尤其對是震區(qū)的鋼筋混凝土建筑顯得更加重要。倡導延性設計，以加強其抗震能力。由于鋼筋混凝土材料還具脆性，在突遇地震時會發(fā)生斷裂對居住者的人身安全是一個極大隱患，所以為了最大限度減少這一特點的損害，在設計中更應當重視發(fā)揮鋼筋的塑性特征，增強其吸收消耗能量的能力，實行延性設計。根據(jù)我國目前對于鋼筋混凝土結構設計的要求，在實施混凝土框架延性設計過程中需得遵循以下要求：1.控制塑性鉸的位置，“強柱弱梁”框架結構若形成梁鉸機構，則塑性鉸分布比較均勻，而且梁鉸機構的延性要求也比較容易實現(xiàn)。若形成柱鉸機構，則易使整個結構形成機動結構，從而導致整個結構的倒塌?？蚣芙Y構設計時應遵循的設計原則是“強柱弱梁”這是為了確保結構的延性，這樣就可以確保設計荷載下同一節(jié)點上柱端截面抗彎承載力之和大于梁端截面抗彎承載力之和，而且可以使框架結構中柱的抗彎承載力儲備足夠。塑性鉸出現(xiàn)在梁端，大大減少柱端屈服的可能性，吸收更多的地震能量，增強了構件的延性。在發(fā)生地震時，鋼筋混凝土結構中的塑性鉸不許現(xiàn)于梁的跨中，而要求出現(xiàn)在梁上。因為如果現(xiàn)于梁的跨中會導致框架局部遭到破壞。如今的建筑中有的采取現(xiàn)澆樓板設計，這種設計解決了梁的剛度和強度加強問題，而在實際的震后調查中我們發(fā)現(xiàn)，只屬現(xiàn)澆樓板框架，地震破壞均發(fā)生在柱中，而且破壞較嚴重；那些無樓板構架式設計的裂縫也出現(xiàn)在梁中，破壞卻相對較輕，由此可以證明強梁弱柱所引發(fā)的的結構性震害相對較重?？蚣芙Y構的塑性鉸所現(xiàn)順序和位置不相同，框架結構所遭遇的破壞形式也會有所不同。如果塑性鉸出現(xiàn)在柱中則不但難以修復還容易致使整個框架結構發(fā)生倒塌。只有當梁端出現(xiàn)塑性鉸時，混凝土框架才可以在遭到外力損壞前就已經(jīng)發(fā)生一定程度的變形，因此可以耗散和吸收比較多震時能量，相對具備更好的抗震能力?？偟膩碚f，比較合理的鋼筋混凝土框架破壞機制應是梁比柱的塑性屈服盡可能早發(fā)生和多發(fā)生，底層柱柱根的塑性鉸較晚形成，各層柱子的屈服順序應錯開，不要集中在某一層。這種破壞機制的框架，就是強柱弱梁型框架。2.梁柱的延性設計鋼筋混凝土框架的延性和能量耗散能力，主要源之于梁和柱子上經(jīng)過專門構造處理的塑性鉸的變。節(jié)點的變形應基本限制在彈性范圍內主要是因為節(jié)點的動力性能受剪切和錨固機制控制，而且節(jié)點一般不宜作為能量耗散部位，因為其滯回特性較差，能量耗損較差。框架節(jié)點的破壞主要是由于節(jié)點核芯區(qū)箍筋數(shù)量不足，在剪力和壓力的共同作用下節(jié)點核芯區(qū)混凝土出現(xiàn)斜裂縫，箍筋屈服甚至被拉斷，柱的縱向箍筋被壓屈而引起的。因此，為了防止節(jié)點核芯區(qū)發(fā)生剪切破壞，對節(jié)點剪壓比進行控制及進行節(jié)點核芯區(qū)抗剪承載力驗算，保證節(jié)點核芯區(qū)混凝土的強度滿足要求和配置足夠數(shù)量的鋼筋，做到“強節(jié)點”。我國規(guī)范則規(guī)定利用節(jié)點核心區(qū)截面抗震承載力驗算公式計算節(jié)點的剪切配筋。并規(guī)定節(jié)點核芯區(qū)箍筋量不小于柱端加密區(qū)的實際配箍量，以使節(jié)點核芯區(qū)具有較高的強度和延性。要使鋼筋混凝土框架有延性，就要保證框架中的梁柱延性足夠，而梁柱面塑性鉸的轉動能力大小直接是衡量其延性是否足夠的關鍵，所以框架抗震設計中梁柱塑性鉸的設計非常重要。此設計技術要求如下首先，要做到“強剪弱彎”。鋼筋混凝土制梁柱在遭受到較大的外界剪力時，常會出現(xiàn)脆性破壞，不能達到較好的延性從而實現(xiàn)對地震能量的分散，因此做其框架的梁、柱設計工作時，要請注意使其構件受剪承載的能力大于其受彎承載能力，以保證構件能夠發(fā)生彎曲破壞，盡量避免其形成延性較差的剪切破壞，而且即使塑性鉸出現(xiàn)之后也可保證構件避免被過早剪壞，實際上這么做目的是為了最大程度地控制框架構件在遭遇地震時的破壞形態(tài)。其次，對梁、柱剪跨比和壓比的限制有一定的要求。剪跨比是框架構件截面所承受的彎矩與剪力相對大小的反映，能夠影響到梁、柱的極限變形能力，因此其剪跨比應當控制到。如果構件截面的過小時，箍筋數(shù)量就會需要很多，在箍筋起作用之前，框架構件過早出現(xiàn)脆性斜壓式破壞，而引時箍筋用量再多也毫無作用。所以，在設計時就要限制梁截面的平均剪應力，這樣箍筋無需太多，也可有效防止斜裂縫的過早出現(xiàn)。當然，要保證結構的延性，構造措施是必不可少的，這些在現(xiàn)行的規(guī)范和構造手冊上都有詳細的說明。鋼筋混凝土建筑結構抗震延性設計構造措施明顯提高構件延性的措施是使軸壓比與縱筋最大配筋率受力合理，規(guī)范限制軸壓比及縱筋的最大配筋率可以實現(xiàn)受拉鋼筋的屈服限于受壓混凝土壓碎的破壞形式，來提高塑性鉸區(qū)域的轉動能力。加密塑性區(qū)域內的局部延性和箍筋間距可以保證強柱弱梁和強剪弱彎的設計原則及塑性區(qū)域的局部延性。這樣可以在提高柱端抗剪能力的同時還可約束核心區(qū)混凝土，對縱向鋼筋提供側向支持，避免了大變形下縱筋壓屈，從而改善塑性區(qū)域的局部延性。約束箍筋的最小直徑，最大間距，塑性鉸區(qū)域的最小長度都在規(guī)范中做出了詳細規(guī)定，并對箍筋肢距及箍筋形式提出了相應要求。材料延性對確保構件延性極為重要，為此規(guī)范對材料也提出相應限制，如保證鋼強屈比，延伸率及混凝土強度等級，同時對施工過程中可能出現(xiàn)的鋼筋代換也提出相應限制。梁柱等構件延性的影響因素。因素主要是混凝土極限壓應變和破壞時的受壓區(qū)高度。同時，對于梁而言，不允許柱出現(xiàn)塑性鉸（底層柱除外）和允許柱出現(xiàn)塑性鉸但控制其出現(xiàn)時間和程度這兩種方案，出現(xiàn)塑性鉸的主要部位都由梁端始終引導，所以都希望梁端具有良好延性的塑性變形（即不喪失基本抗彎能力前提下的塑性變形轉動能力）和良好的塑性耗能能力。因此除計算上滿足一定的要求外，還要通過