浅谈钢筋混凝土结构抗震延性设计的研究

张宜健 高旭

山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东青岛 266590

摘要：我国建筑行业一直处在高速发展时期，对建筑物的各种要求也越来越高，建筑物的抗震性已成为钢筋混凝土建筑物以及我国目前的多层建筑物中广泛关注的重要问题。钢筋混凝土结构是最常用的。 结构抗震性的本质是延性。 延展性的增加可以增加结构的抗震性，并增强其抗倒塌的能力。 本文研究了建筑物钢筋混凝土结构的抗震延性设计。 为了避免部件的脆性破坏，主体结构的应力不合理，在地震过程中会发生过早破坏。因此，应进行延性设计以防止构件过早损坏。

关键词：钢筋混凝土结构；抗震设计；结构构件；延性设计

1 钢筋混凝土结构抗震等级划分

在地震作用下，混凝土结构或构件的破坏可分为两种类型：脆性破坏和延性破坏。其中，脆性破坏的损害非常大，而延性破坏是指构件的承载能力没有显着降低的情况。线性变形后发生的损坏可以在损坏之前发出警告。延性设计结构构件的目的是使其仅在特定条件下消耗能量而不被破坏。结构延展性的提高可以大大提高整个结构的抗塌陷和抗震潜力。塑性铰区域的变形可以有效吸收和消散地震能量^[1]，从而满足抗震设计的要求。钢筋混凝土结构的抗震设计，应根据结构类型、房屋高度、设防烈度采用不同的抗震等级。

2 影响构件延性的因素

2.1梁截面尺寸

在地震作用下，梁端塑性铰区混凝土保护层容易剥落，故梁截面宽度过小则截面损失比例较大，所以一般框架梁宽度不宜小于200mm。同时为了提高节点剪力、避免梁侧向失稳及确定梁塑性铰区发展范围，分别要求梁宽不宜小于柱宽的1/2、梁的高宽比不宜大于4、梁的跨高比不宜小于4，以确保框架梁中箍筋对混凝土的有效约束。为保证框架柱有足够的延性，框架柱的截面尺寸在两个主轴方向刚度相差不宜太大，长宽比不宜大于3；

图1 某梁纵筋及箍筋构造示意图

2.2纵向钢筋配筋

以弯曲的框架梁为例，说明纵向增强比对框架延展性的影响。由大量试验表明，当梁的纵向钢筋很大时，弯矩达到最大值时弯矩曲率曲线减小。当配筋率较小时，弯矩达到最大值后能保持很长的水平段，提高了梁的延展性和耗能能力。当将梁的纵向钢筋比率作为平衡钢筋比率时，纵向受拉钢筋的屈服和压缩区内混凝土的破碎同时发生，截面延性系数为零。因此，应控制纵向拉伸钢筋的增强比，以确保构件具有足够的延展性。在混凝土受压区中受压区域的构型可以减小相对受压区高度，从而提高构件的延性。

2.3柱的轴压比

各种结构在抗震设计中，轴压比应符合下表规定。试验表明，轴压比是影响弯曲构件位移延展性的最重要因素。当轴压比太大时，弯曲构件中的加强件的压缩应变增加。因此，必须将截面旋转更大的角度才能在拉伸区域中产生增强作用，这会大大增加屈服位移并导致较大的延展性降低。

	结构类型
抗震等级	框架结构	板柱-剪力墙、框架-剪力墙、 框架-核心筒、筒中筒结构	部分框支剪力墙结构
一	0.65	0.75	0.60
二	0.75	0.85	0.70
三	0.85	0.90
四		0.95

2.4材料的强度

提高混凝土的强度，则降低构件的轴压比，可以提高构件的位移延性。在纵向配筋率相同的条件下，提高混凝土标号等于减少钢筋在换算截面中所占的比重，也就意味着纵向钢筋配筋率的减少，反而会使位移延性降低

3 控制钢筋混凝土结构的延性措施

3.1 纵筋的构造要求

梁的延性随截面受压区高度减小而增大，一般截面受压区高度x=0.35：0.2·h_o时，位移延性系数相应为3~4。所以规范规定，一级抗震等级时，x≤0.25h₀；二、三级抗震等级时，x≤0.35h₀，并且要求受压钢筋与受拉钢筋之比控制在一定范围内，即A's≥0.5As(一级抗震)，A's≥0.3As(二级抗震)。为防止过多的纵向受拉钢筋在地震中使梁产生粘结劈裂破坏，规范还规定ρ_s≤2.5%^[3]。

3.2 箍筋的构造要求

箍筋提供构件和节点的抗剪能力，确保“强柱弱梁”和“强节点”设计目的^[4]，同时还对梁、柱塑性铰区混凝土和受压区钢筋提供约束作用，延缓塑性铰的破坏过程，从而改善结构的延性和耗能能力。梁和柱的剪切破坏区和弯压塑性铰区均发生在构件的两端，因此应对构件两端的箍筋加密设置。加密区的构造要求包括加密区的长度、箍筋最小直径、最大间距和最小体积率的规定。

3.3 轴压比限值

柱的轴压比是影响框架结构延性的重要因素。柱的延性随轴压比增大而减小，轴压比超过界限值将发生小偏压脆性破坏。在抗震设计中应控制柱的轴压比不超过限值，使其发生大偏压破坏并具有一定延性。规范规定，对于框架柱相应于一、二、三、四级抗震时，轴压比限值分别为0.65、0.75、0.85、0.9。这里规定的轴压比限值系指柱轴压力设计值与柱轴压承载力设计值得比值^[3]。

4 结束语

综上所述，建筑物越高，对地震反应也越大，对延性的要求也越高。延性设计的正确实现是当今地震设防地区急需解决的问题之一，我们需要进一步加深研究结构在动力荷载作用下的反应机理，探索提高结构延性的有效方法，使建筑物既能达到国家抗震设计标准，又能够符合经济合理的原则^[5-6]。现代建筑大部分使用钢筋混凝土作为建筑工程的铺筑结构，这在现代建筑工程中是不可替代的。钢筋混凝土建筑结构的抗震设计至关重要，也是后期建筑使用质量、寿命的有力保障。钢筋混凝土建筑的抗震能力与其结构有非常大的关联，做好抗震设计能够有效避免地震带来的灾害。

参考文献

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