鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計

1、<p>　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計</p><p>　　摘要：地震作為一種具有強烈破壞力的自然災害，在歷史上屢屢給人類帶來巨大的災難。與此同時，人類也逐漸從災難中吸取經(jīng)驗教訓，既然地震是不可抗力，無法抗拒，那么只能采取措施降低損失的程度。其中建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計便是人類主動防御地震的重要方法。我國目前的建筑結(jié)構(gòu)多采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有很高的強度，在抗震設計時要注意加強結(jié)構(gòu)的延性設計，以減

2、小變形帶來的損失程度。本文詳細介紹了延性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設計的概念，對其中的設計方法和相關構(gòu)造措施進行了論述，希望為結(jié)構(gòu)抗震設計者提供參考。 </p><p>　　關鍵詞：鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)；抗震設計；延性 </p><p>　　Abstract: Earthquake as a strong destructive natural disasters in history has r

3、epeatedly brought to mankind a huge disaster. At the same time, human beings have gradually lessons learned from the disaster, since the earthquake is a force majeure, unable to resist, and then only to take measures to

4、reduce the extent of loss. The seismic design of building structures is an important method of the human active defense earthquake. The building structure of our current use of reinforced concrete fram</p><p&g

5、t;　　中圖分類號：TU375文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012） </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　一座建筑物的抗震能力和安全性，不僅取決于構(gòu)件的(靜)承載力，還在很大程度上取決于其變形性能和動力響應，取決于結(jié)構(gòu)吸收和耗散能量的多少，也就是說，結(jié)構(gòu)的抗震能力是由承載力和變形兩者共同決定的。承載力較低但具有很大延性的

6、結(jié)構(gòu)，所能吸收的能量多，雖然較早出現(xiàn)損壞，但能經(jīng)受住較大變形，避免倒塌，而僅有較高強度而無塑性變形能力的脆性結(jié)構(gòu)，吸收的能量少，一旦遇到超過設計水平的地震作用時，很容易因為脆性破壞而突然倒塌。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是一種具有很高強度的框架結(jié)構(gòu)，但在抗震設計時，仍然需要考慮其延性設計，只有真正將強度和延性統(tǒng)一到抗震設計中，才能減小建筑物在大地震中的損壞程度。 </p><p>　　一、鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)延性抗震設計的概

7、念及優(yōu)點 </p><p><b>　　（一）概念 </b></p><p>　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國的工業(yè)與民用建筑中一種常見的結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)延性框架是結(jié)構(gòu)抗震設計的關鍵。延性框架的抗震設計概念，主要包括以下三個方面： </p><p>　　通過調(diào)整構(gòu)件之間承載力的相對大小，實現(xiàn)合理的屈服機制，即“強柱弱梁”、“強墻肢弱連梁”、“強核芯區(qū)弱構(gòu)

8、件”； </p><p>　　通過調(diào)整構(gòu)件斜截面承載力和正截面承載力之間的相對大小，實現(xiàn)構(gòu)件延性破壞形態(tài)，即“強剪弱彎”； </p><p>　　通過采取抗震構(gòu)造措施，使構(gòu)件自身具有大的延性和耗能能力。 </p><p><b>　?。ǘ﹥?yōu)點 </b></p><p>　　1、破壞前有明顯預兆，破壞過程緩慢，確保生命安

9、全，減少財產(chǎn)損失，因而可采用偏小的計算安全可靠度。2、出現(xiàn)非預計荷載，例如偶然超載，荷載反向，溫度升高或基礎沉降引起附加內(nèi)力等情況下，有較強的承受和抗衡能力。而這些因素在設計中一般是未予考慮的，因此延性材料的后期變形能力可作為出現(xiàn)上述情況的安全儲備。3、有利于實現(xiàn)超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力充分重分布。延性結(jié)構(gòu)容許構(gòu)件的某些臨界截面有一定的轉(zhuǎn)動能力，形成塑性鉸區(qū)域，產(chǎn)生內(nèi)力重分布，從而使鋼筋混凝土超靜定結(jié)構(gòu)能夠按塑性方法進行設計，得到有利的彎矩分布

10、，使配筋合理，節(jié)約材料，而且便于施工。4、在承受動力作用（如振動、地震、爆炸等）情況下，能減小慣性力，吸收更大動能，降低動力反應，減輕破壞程度，防止結(jié)構(gòu)倒塌以及有利于修復。5、延性結(jié)構(gòu)的后期變形能力，可以作為各種意外情況時的安全儲備。二、影響抗震結(jié)構(gòu)延性設計的主要因素 </p><p>　?。ㄒ唬╀摻畹呐浣盥?</p><p>　　增加縱向鋼筋配筋率，不僅可以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抵抗彎矩；同時也

11、可以提高塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力，進而增加結(jié)構(gòu)的延性。 </p><p><b>　?。ǘ┕拷钆浣盥?</b></p><p>　　由實驗研究可知，位移延性隨著配箍率的增加而提高。箍筋間距越小,配箍率越大,延性的增長也越顯著。增加配箍率,就是增加對混凝土橫向變形的約束,提高混凝土的抗壓強度。提高配箍率還可以提高混凝土的極限壓應變, 使其在混凝土受壓區(qū)更均勻地分布,從而提高結(jié)

12、構(gòu)構(gòu)件的極限位移值。 </p><p><b>　?。ㄈ┎牧系膹姸?</b></p><p>　　提高混凝土的強度,則降低構(gòu)件的軸壓比,無疑可以提高構(gòu)件的位移延性。但在縱向配筋率相同的條件下,提高混凝土標號等于減少鋼筋在換算截面中所占的比重, 也就意味著縱向鋼筋配筋率的減少,反而會使位移延性降低。 </p><p><b>　　（四

13、）軸壓比 </b></p><p>　　試驗表明,軸壓比是影響壓彎構(gòu)件位移延性的最重要因素。當軸壓比過大時,使壓彎構(gòu)件中鋼筋的壓應變增大,因此,截面必須轉(zhuǎn)動更大的角度才能使受拉區(qū)鋼筋屈服。這必然使屈服位移大大增加,從而導致構(gòu)件延性的大幅降低。 </p><p>　　三、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性設計 </p><p><b>　?。ㄒ唬娭趿?&l

14、t;/b></p><p>　　合理地選擇框架結(jié)構(gòu)破壞機理是框架結(jié)構(gòu)延性設計的關鍵。強柱弱梁型對應的破壞機理系在框架梁上首先出現(xiàn)塑性鉸，通過梁上塑性鉸的形成來消耗巨大的地震作用，從而降低地震作用對結(jié)構(gòu)的反應．當結(jié)構(gòu)經(jīng)受較大側(cè)向位移時，要確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并維持它承受豎向荷載的能力，就必須要求非彈性變形一般只限于梁內(nèi)，從而保證了框架柱具有足夠的抗彎承載能力儲備，大大減少柱端屈服的可能性。因此，框架結(jié)構(gòu)應設

15、計成強柱弱梁型，即要求框架節(jié)點處柱端實際受彎承載力要大于梁端實際受彎承載力，從而達到“強柱弱梁”的 </p><p><b>　　計算要求。 </b></p><p><b>　?。ǘ娂羧鯊?</b></p><p>　　為使框架結(jié)構(gòu)具有良好的延性，首先結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點不能發(fā)生脆性破壞。在強震作用下，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力將按照各構(gòu)

16、件的實際承載能力進行重分配，為防止梁、柱端塑性鉸區(qū)在彎曲屈服前出現(xiàn)脆性剪切破壞，就要求這些構(gòu)件的受剪承載力大于構(gòu)件屈服時實際達到的剪力值，這就是“強剪弱彎” 的計算要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)“強剪弱彎” 的設計原則主要由設計剪力的計算、抗剪承載力計算公式的選取以及必要的構(gòu)造措施來體現(xiàn)。 </p><p>　　1、設計剪力(作用效應)的計算與抗彎承載力的計算類似，按抗震等級的不同采用地震效應調(diào)整系數(shù)，但較抗彎承載力計算更嚴格，

17、以相對提高抗剪承載力。同時為減少框架梁柱在非彈性反應區(qū)域內(nèi)發(fā)生剪切破壞的危險，梁(柱)端部的設計剪力應與梁(柱)端部形成塑性鉸后的極限抗彎強度相對應； </p><p>　　2、抗剪計算公式的選取主要表現(xiàn)為考慮到地震作用的反復性及剪切問題的離散性，采用在縱筋屈服后的偏下限抗剪承載力計算公式，并輔以一定的抗震構(gòu)造措施。與抗彎承載力的計算類似，抗剪計算一方面需增大結(jié)構(gòu)設計的可靠度(提高作用效應)，而且更為重要的是應根

18、據(jù)結(jié)構(gòu)延性要求的不同，即抗震等級的不同，提出不同的抗剪承載力計算公式。 </p><p>　?。ㄈ姽?jié)點、強錨固 </p><p>　　為保證框架結(jié)構(gòu)的延性，在梁鉸機構(gòu)充分發(fā)揮作用以前，框架節(jié)點、縱筋錨固不應過早破壞?？蚣芄?jié)點破壞主要是因為節(jié)點處核心區(qū)箍筋數(shù)量不足，在剪力與壓力的共同作用下，節(jié)點核心區(qū)砼出現(xiàn)斜裂縫，箍筋屈服甚至拉斷，柱的縱筋被壓屈甚至拉斷而引起的。故規(guī)范通過保證核心區(qū)混凝

19、土強度及配置足夠數(shù)量的箍筋來防止節(jié)點核心區(qū)的過早剪切破壞，而強錨固要求則通過在靜力設計錨固長度的基礎上疊加一定的抗震附加錨固長度，利用鋼筋錨固端的機械錨固措施等來實現(xiàn)。 </p><p>　　四、構(gòu)造措施上的延性保證 </p><p>　　在結(jié)構(gòu)布置上,按擴大了的柱端抗彎承載力進行設計,理論上可將柱屈服的可能性減少,保證“強柱弱梁”的設計原則。但因各種原因,如梁的實際抗彎承載力可能增大,高

20、振型使柱中反彎點的轉(zhuǎn)移等綜合因素影響,要使柱中完全避免塑性鉸是困難的,同時為實現(xiàn)“強剪弱彎”的要求,保證塑性鉸區(qū)域的局部延性,也必須通過一定的構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的延性,具體做法如下: </p><p>　?。ㄒ唬┫拗戚S壓比與縱筋最大配筋率 </p><p>　　合理的受力過程可明顯提高構(gòu)件延性,為實現(xiàn)受拉鋼筋的屈服先與受壓區(qū)混凝土壓碎的破壞形態(tài),以提高塑性鉸區(qū)域的轉(zhuǎn)動能力,規(guī)范限制軸壓比與

21、縱筋最大配筋率,同時對混凝土受壓區(qū)高度也提出相應要求。 （二）限制約束配筋和配筋形式 </p><p>　　加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距是很重要的一點,為保證“強節(jié)點”、“強柱弱梁”、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的設計原則及塑性鉸區(qū)域的局部延性,有必要加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距,這不但可提高柱端抗剪能力,還可約束核心區(qū)內(nèi)混凝土,對縱向鋼筋提供側(cè)向支承,防止大變形下縱筋壓曲,從而改善塑性鉸區(qū)域的局部延性。 （三）限制材料

22、 </p><p>　　拒絕豆腐渣工程的第一關就是把握好原材料質(zhì)量,材料延性對確保構(gòu)件(結(jié)構(gòu))延性極為重要。 </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式，建筑物越高，對結(jié)構(gòu)延性的要求也越高。因此，在抗震設計時，必須深入貫徹“強柱弱梁”、“強剪弱彎”和“強節(jié)點、強錨固”的設計思

23、想，并以強有力的構(gòu)造措施來保證延性設計的成功實施，以達到我國“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準抗震設防要求和延性設計思想，真正建設安全可靠的建筑結(jié)構(gòu)，保證人民群眾的生命財產(chǎn)安全。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]史承明，邵士生，姜繼方，張陵.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震概念設計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2009.8 </p&g