建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

【摘  要】建筑構(gòu)造延性的側(cè)重研究對象主要針對的是荷載作用較大引起的相關(guān)問題，如脆性、變形、塑性破壞等問題。與此同時，延性主要通常包括截面延性、結(jié)構(gòu)延性、以及組成建筑結(jié)構(gòu)的構(gòu)件延性等。所以由此可見，當(dāng)建筑物延性設(shè)計不足、或者延性較差，必然會不符建筑結(jié)構(gòu)延性載荷的規(guī)定要求，從而一旦地震災(zāi)害發(fā)生時所產(chǎn)生的生命財產(chǎn)損失將十分嚴(yán)重。所以針對這一問題，本文對建筑延性設(shè)計進(jìn)行了研究，并提出了相關(guān)設(shè)計方法與控制舉措。 

【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)；延性；荷載；設(shè)計  延性包括材料、截面、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的延性。延性是指屈服后，強(qiáng)度和承載能力沒有顯著降低時的塑性變形能力。延性大，說明塑性變形能力大，強(qiáng)度或承載力的降低緩慢，從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量，避免結(jié)構(gòu)倒塌；延性小，說明達(dá)到最大承載能力后承載力迅速降低，變形能力小，呈現(xiàn)脆性破壞，引起結(jié)構(gòu)倒塌。  結(jié)構(gòu)延性可以來自材料延性、截面曲率延性、構(gòu)件位移延性和結(jié)構(gòu)位移延性。一般來說，對截面延性的要求高于對構(gòu)件延性的要求，對構(gòu)件延性的要求高于對結(jié)構(gòu)延性的要求。我國規(guī)范沒有對結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的延性系數(shù)和耗能能力做定量的規(guī)定，只規(guī)定了罕遇地震作用下各結(jié)構(gòu)體系的彈塑性層問位移角限值。例如，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的屈服層間位移角為1／200左右，規(guī)范規(guī)定其彈塑性層間位移角限值為1／50。  建筑物的延性設(shè)計合理必然會提高建筑物延性，即提高建筑物承載能力，從而使得一旦發(fā)生荷載作用力較大、引起建筑塑性變形時，就不至于建筑物出現(xiàn)塑性變形過量破壞、脆性突出的不利局面。也就是說，建筑物延性良好，其抗震能力、極限彈性必然會很高；反之，建筑物延性較差，其抗震能力、極限彈性也就很低，從而導(dǎo)致荷載作用過大、超越極限彈性允值范疇，引起塑性輕易破壞的可能，即這時建筑物的脆性就很大，同時這也是建筑物脆性的一種體現(xiàn)?；诖耍恼轮芯徒ㄖY(jié)構(gòu)延性問題作為切入視角進(jìn)行了研究，并與之提出了建筑延性設(shè)計、控制舉措。  1 建筑物延性設(shè)計定義概述  由建筑延性設(shè)計而來的問題很多，其中最為明顯的是載荷、建筑變形、以及與其相對的脆性問題?？偟膩碚f，建筑延性設(shè)計包括對建筑構(gòu)造的設(shè)計，同時也包括建筑結(jié)構(gòu)中的組成構(gòu)件設(shè)計。當(dāng)然，在具體延性設(shè)計處理過程中，必然也是通過位移延性、曲率延性、以及塑性等指標(biāo)去體現(xiàn)。如，在塑性鉸區(qū)定量配置約束箍筋，就能夠提高建筑結(jié)構(gòu)混凝設(shè)計的極限應(yīng)變能力，進(jìn)而使建筑構(gòu)造構(gòu)件具備強(qiáng)大的延性能力。  我國地震區(qū)分布較廣，在抗震設(shè)防地區(qū)(特別是高烈度區(qū))，概念設(shè)計是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要內(nèi)容，大震作用下的延性設(shè)計是結(jié)構(gòu)耗散地震能量、避免結(jié)構(gòu)倒塌的重要設(shè)計方法。建筑抗震概念設(shè)計主要包括建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性設(shè)計、合理的建筑結(jié)構(gòu)體系設(shè)計、抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性設(shè)計三個主要方面。  2 建筑結(jié)構(gòu)常用延性設(shè)計與提高延性舉措  2.1 常用延性設(shè)計  2.1.1 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計。建筑結(jié)構(gòu)柱和圈梁的砌筑墻體部分當(dāng)受到水平和豎直方向的荷載作用力，并隨著荷載作用力能夠達(dá)到墻體主裂縫形成的需求時，荷載作用力的作用結(jié)果就會使墻體發(fā)生主裂縫，且主裂縫會把墻體分為四個塊體。此時，水平載荷作用力作用下，水平兩側(cè)方向的三角形塊體就會產(chǎn)生位移，即向外逐漸移動，自此導(dǎo)致裂縫的開裂程度加大，而此裂縫也隨時間推移不斷發(fā)展，直到與墻體脫離；在中間結(jié)構(gòu)的上下方向，兩塊墻體的承壓面積也會發(fā)生變化，即面積逐漸縮小，從而使得支護(hù)、荷載達(dá)不到原先承受要求，出現(xiàn)坍塌，墻體的承載能力也就此消失。但是，如果在建筑墻體部分設(shè)置好構(gòu)造柱與圈梁，就能夠阻止三角塊體向外移動，從而大幅度降低了墻體剛度衰退、向外位移而坍塌的現(xiàn)象發(fā)生，提高了墻砌體的耗能能力。由此可見，墻體與構(gòu)造柱、圈梁之間的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在很大程度上保證了墻體的剛度衰退、并在三者共同作用下形成了一個塑性鉸區(qū)域，進(jìn)而墻體的極限彈性也提高了，同時塑性變形破壞現(xiàn)象也能夠避免；即使大地震發(fā)生，也不至于導(dǎo)致建筑物墻體突然快速坍塌，能夠確保建筑框架結(jié)構(gòu)發(fā)揮塑性變形功能，從而確保了建筑損壞的部分能夠修復(fù)，不至于廢棄。  2.1.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)都應(yīng)該設(shè)計成延性結(jié)構(gòu)。“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)計原則，也就是要做到在設(shè)防烈度地震作用下，允許部分構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，這種狀態(tài)是“中震可修”狀態(tài)；合理控制塑性鉸部位、構(gòu)件又具備足夠的延性，可做到在大震作用下結(jié)構(gòu)不倒塌的狀態(tài)。  延性結(jié)構(gòu)的塑性變形可以耗散地震能量，雖然結(jié)構(gòu)變形會加大，但內(nèi)力不會很大，對構(gòu)件的承載能力要求不會很高。也就是說，延性結(jié)構(gòu)是用它的變形能力，而不是承載力抵抗強(qiáng)烈的地震作用。因此，對于地震發(fā)生概率極少的抗震結(jié)構(gòu)，延性結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)合理和安全的設(shè)計方向。  塑性變形性能良好的鋼筋混凝土構(gòu)件，應(yīng)當(dāng)確?？估瓘?qiáng)度、屈服強(qiáng)度指標(biāo)參數(shù)合理，即參數(shù)值不宜過小。其衡量標(biāo)準(zhǔn)為：在鋼筋的極限強(qiáng)度為能達(dá)到時所產(chǎn)生的變形能力、以及屈服強(qiáng)度等仍然能有余量。而在設(shè)計時，可以綜合考慮，即根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點合理設(shè)計框架梁、柱節(jié)點位置、以及配筋等，從而才能強(qiáng)化梁、柱之間的建筑構(gòu)造延性。  當(dāng)然，鋼筋混凝土的強(qiáng)度高就并非一定代表其性能良好，應(yīng)因地制宜的根據(jù)實際情況加以設(shè)計、分析，如混凝土強(qiáng)度高也會導(dǎo)致脆性因素不斷提升，進(jìn)而導(dǎo)致與其相對應(yīng)的建筑延性降低。也就是說，如果結(jié)合抗震設(shè)計指標(biāo)，如9度的抗震設(shè)計，一般選用c60以下；8度選用的是c70以下，不宜超過此范疇；此外，還要根據(jù)混凝土的受壓構(gòu)件的軸壓比進(jìn)行調(diào)整、控制，從而能夠確保結(jié)構(gòu)達(dá)到合理延性標(biāo)準(zhǔn)與要求。同時，效果良好的箍筋進(jìn)行優(yōu)化、配置，也能夠受到很好的理想成效，即實現(xiàn)了增進(jìn)混凝構(gòu)件的變形能力、以及極限強(qiáng)度與耗能能力；而具體優(yōu)化箍筋時可考慮箍筋的形式、間距、以及數(shù)量等指標(biāo)之間的規(guī)律、聯(lián)系?？傊?，調(diào)整、控制軸壓比能夠增強(qiáng)建筑構(gòu)造的延性，同時在鋼筋混凝土的受壓區(qū)配比一定規(guī)模的受壓鋼筋，并調(diào)整好截面形式等，那么就必然會提高構(gòu)件載荷、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)延性。  結(jié)語  建筑結(jié)構(gòu)安全性能得到保證涉及到方方面面。而建筑結(jié)構(gòu)延性問題作為其中熱議的焦點問題固然有著它的現(xiàn)實意義與指導(dǎo)作用。因此，為了保證建筑結(jié)構(gòu)抗震安全、降低生命財產(chǎn)損失，就應(yīng)當(dāng)合理提高建筑結(jié)構(gòu)的延性，對結(jié)構(gòu)承載能力、變形能力、抗剪能力等因素加以分析考慮，從而才能實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)合理設(shè)計。  參考文獻(xiàn)  [1]李宏. 建筑結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計分析[j]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2010,(03) .  [2]彭超. 談框架結(jié)構(gòu)延性的抗震設(shè)計[j]. 四川建材, 2010,(03) .  [3]蔣正躍,付云松. 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)延性設(shè)計的探討[j]. 山西建筑, 2010,(26) .  [4]包高娃,麥拉蘇. 結(jié)構(gòu)延性與抗震設(shè)計[j]. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報, 2009,(02) .  [5]吳濤. 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的延性抗震設(shè)計[j]. 有色冶金設(shè)計與研究, 2010,(04) .  [6]gb 50010—2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[s]．  [7]gb 50011—2008，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[s]