钢筋混凝土框架结构抗震延性设计要求

钢筋混凝土框架结构抗震延性设计要求导言框架结构在地震时进入屈服阶段来应对超过地震烈度的抗震设防烈度，当屈服还不能抵消时就会发生塑性变形来吸收和消耗地震能量。钢筋混凝土框架结构延性的重要性混凝土框架结构抗震实质上就是结构的延性设计。所谓延性，指的是指构件与结构屈服之后，在其承载能力不下降的前提下，所具备的塑性变形能力，这种能力被称为“延性比”。提高结构的延性比有助于提升框架的抗震潜能，加强其抗倒塌能力。设计在延性结构的混凝土框架通过其塑性铰区域发生变形，可以有效吸收和分散地震传对于框架作用力；该区域变形也可以使整体框架刚度得以降低，减弱地震对于结构的作用力。具有延性结构能够使框架对于承载力要求降低，事实上延性结构对抗突发地震的武器就是它所具有的变形能力。也就是说，如果钢筋混凝土框架的结构延性不够好，那么就要求框架对于地震具备足够大的承载力。钢筋混凝土框架结构抗震延性设计延性设计是针对延性结构在钢筋混凝土建筑结构中所起到的与结构本身的承载能力一样不可忽视的作用，而进行的研究尤其对是震区的钢筋混凝土建筑显得更加重要。倡导延性设计，以加强其抗震能力。由于钢筋混凝土材料还具脆性，在突遇地震时会发生断裂对居住者的人身安全是一个极大隐患，所以为了最大限度减少这一特点的损害，在设计中更应当重视发挥钢筋的塑性特征，增强其吸收消耗能量的能力，实行延性设计。根据我国目前对于钢筋混凝土结构设计的要求，在实施混凝土框架延性设计过程中需得遵循以下要求：1.控制塑性铰的位置，“强柱弱梁”框架结构若形成梁铰机构，则塑性铰分布比较均匀，而且梁铰机构的延性要求也比较容易实现。若形成柱铰机构，则易使整个结构形成机动结构，从而导致整个结构的倒塌。框架结构设计时应遵循的设计原则是“强柱弱梁”这是为了确保结构的延性，这样就可以确保设计荷载下同一节点上柱端截面抗弯承载力之和大于梁端截面抗弯承载力之和，而且可以使框架结构中柱的抗弯承载力储备足够。塑性铰出现在梁端，大大减少柱端屈服的可能性，吸收更多的地震能量，增强了构件的延性。在发生地震时，钢筋混凝土结构中的塑性铰不许现于梁的跨中，而要求出现在梁上。因为如果现于梁的跨中会导致框架局部遭到破坏。如今的建筑中有的采取现浇楼板设计，这种设计解决了梁的刚度和强度加强问题，而在实际的震后调查中我们发现，只属现浇楼板框架，地震破坏均发生在柱中，而且破坏较严重；那些无楼板构架式设计的裂缝也出现在梁中，破坏却相对较轻，由此可以证明强梁弱柱所引发的的结构性震害相对较重。框架结构的塑性铰所现顺序和位置不相同，框架结构所遭遇的破坏形式也会有所不同。如果塑性铰出现在柱中则不但难以修复还容易致使整个框架结构发生倒塌。只有当梁端出现塑性铰时，混凝土框架才可以在遭到外力损坏前就已经发生一定程度的变形，因此可以耗散和吸收比较多震时能量，相对具备更好的抗震能力。总的来说，比较合理的钢筋混凝土框架破坏机制应是梁比柱的塑性屈服尽可能早发生和多发生，底层柱柱根的塑性铰较晚形成，各层柱子的屈服顺序应错开，不要集中在某一层。这种破坏机制的框架，就是强柱弱梁型框架。2.梁柱的延性设计钢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经过专门构造处理的塑性铰的变。节点的变形应基本限制在弹性范围内主要是因为节点的动力性能受剪切和锚固机制控制，而且节点一般不宜作为能量耗散部位，因为其滞回特性较差，能量耗损较差。框架节点的破坏主要是由于节点核芯区箍筋数量不足，在剪力和压力的共同作用下节点核芯区混凝土出现斜裂缝，箍筋屈服甚至被拉断，柱的纵向箍筋被压屈而引起的。因此，为了防止节点核芯区发生剪切破坏，对节点剪压比进行控制及进行节点核芯区抗剪承载力验算，保证节点核芯区混凝土的强度满足要求和配置足够数量的钢筋，做到“强节点”。我国规范则规定利用节点核心区截面抗震承载力验算公式计算节点的剪切配筋。并规定节点核芯区箍筋量不小于柱端加密区的实际配箍量，以使节点核芯区具有较高的强度和延性。要使钢筋混凝土框架有延性，就要保证框架中的梁柱延性足够，而梁柱面塑性铰的转动能力大小直接是衡量其延性是否足够的关键，所以框架抗震设计中梁柱塑性铰的设计非常重要。此设计技术要求如下首先，要做到“强剪弱弯”。钢筋混凝土制梁柱在遭受到较大的外界剪力时，常会出现脆性破坏，不能达到较好的延性从而实现对地震能量的分散，因此做其框架的梁、柱设计工作时，要请注意使其构件受剪承载的能力大于其受弯承载能力，以保证构件能够发生弯曲破坏，尽量避免其形成延性较差的剪切破坏，而且即使塑性铰出现之后也可保证构件避免被过早剪坏，实际上这么做目的是为了最大程度地控制框架构件在遭遇地震时的破坏形态。其次，对梁、柱剪跨比和压比的限制有一定的要求。剪跨比是框架构件截面所承受的弯矩与剪力相对大小的反映，能够影响到梁、柱的极限变形能力，因此其剪跨比应当控制到。如果构件截面的过小时，箍筋数量就会需要很多，在箍筋起作用之前，框架构件过早出现脆性斜压式破坏，而引时箍筋用量再多也毫无作用。所以，在设计时就要限制梁截面的平均剪应力，这样箍筋无需太多，也可有效防止斜裂缝的过早出现。当然，要保证结构的延性，构造措施是必不可少的，这些在现行的规范和构造手册上都有详细的说明。钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计构造措施明显提高构件延性的措施是使轴压比与纵筋最大配筋率受力合理，规范限制轴压比及纵筋的最大配筋率可以实现受拉钢筋的屈服限于受压混凝土压碎的破坏形式，来提高塑性铰区域的转动能力。加密塑性区域内的局部延性和箍筋间距可以保证强柱弱梁和强剪弱弯的设计原则及塑性区域的局部延性。这样可以在提高柱端抗剪能力的同时还可约束核心区混凝土，对纵向钢筋提供侧向支持，避免了大变形下纵筋压屈，从而改善塑性区域的局部延性。约束箍筋的最小直径，最大间距，塑性铰区域的最小长度都在规范中做出了详细规定，并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。材料延性对确保构件延性极为重要，为此规范对材料也提出相应限制，如保证钢强屈比，延伸率及混凝土强度等级，同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出相应限制。梁柱等构件延性的影响因素。因素主要是混凝土极限压应变和破坏时的受压区高度。同时，对于梁而言，不允许柱出现塑性铰（底层柱除外）和允许柱出现塑性铰但控制其出现时间和程度这两种方案，出现塑性铰的主要部位都由梁端始终引导，所以都希望梁端具有良好延性的塑性变形（即不丧失基本抗弯能力前提下的塑性变形转动能力）和良好的塑性耗能能力。因此除计算上满足一定的要求外，还要通过