建筑結構的延性設計

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【摘  要】建筑構造延性的側重研究對象主要針對的是荷載作用較大引起的相關問題，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、結構延性、以及組成建筑結構的構件延性等。所以由此可見，當建筑物延性設計不足、或者延性較差，必然會不符建筑結構延性載荷的規(guī)定要求，從而一旦地震災害發(fā)生時所產生的生命財產損失將十分嚴重。所以針對這一問題，本文對建筑延性設計進行了研究，并提出了相關設計方法與控制舉措。 

【關鍵詞】建筑結構；延性；荷載；設計  延性包括材料、截面、構件和結構的延性。延性是指屈服后，強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，避免結構倒塌；延性小，說明達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，引起結構倒塌。  結構延性可以來自材料延性、截面曲率延性、構件位移延性和結構位移延性。一般來說，對截面延性的要求高于對構件延性的要求，對構件延性的要求高于對結構延性的要求。我國規(guī)范沒有對結構、構件的延性系數(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構體系的彈塑性層問位移角限值。例如，鋼筋混凝土框架結構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)。基于此，文章中就建筑結構延性問題作為切入視角進行了研究，并與之提出了建筑延性設計、控制舉措。  1 建筑物延性設計定義概述  由建筑延性設計而來的問題很多，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，建筑延性設計包括對建筑構造的設計，同時也包括建筑結構中的組成構件設計。當然，在具體延性設計處理過程中，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，就能夠提高建筑結構混凝設計的極限應變能力，進而使建筑構造構件具備強大的延性能力。  我國地震區(qū)分布較廣，在抗震設防地區(qū)(特別是高烈度區(qū))，概念設計是結構抗震設計的重要內容，大震作用下的延性設計是結構耗散地震能量、避免結構倒塌的重要設計方法。建筑抗震概念設計主要包括建筑結構的規(guī)則性設計、合理的建筑結構體系設計、抗側力結構和結構構件的延性設計三個主要方面。  2 建筑結構常用延性設計與提高延性舉措  2.1 常用延性設計  2.1.1 砌體結構設計。建筑結構柱和圈梁的砌筑墻體部分當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到墻體主裂縫形成的需求時，荷載作用力的作用結果就會使墻體發(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，水平兩側方向的三角形塊體就會產生位移，即向外逐漸移動，自此導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；在中間結構的上下方向，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、荷載達不到原先承受要求，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置好構造柱與圈梁，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，墻體與構造柱、圈梁之間的結構設計，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，也不至于導致建筑物墻體突然快速坍塌，能夠確保建筑框架結構發(fā)揮塑性變形功能，從而確保了建筑損壞的部分能夠修復，不至于廢棄。  2.1.2 鋼筋混凝土結構設計。鋼筋混凝土結構都應該設計成延性結構。“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設計原則，也就是要做到在設防烈度地震作用下，允許部分構件出現(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、構件又具備足夠的延性，可做到在大震作用下結構不倒塌的狀態(tài)。  延性結構的塑性變形可以耗散地震能量，雖然結構變形會加大，但內力不會很大，對構件的承載能力要求不會很高。也就是說，延性結構是用它的變形能力，而不是承載力抵抗強烈的地震作用。因此，對于地震發(fā)生概率極少的抗震結構，延性結構是一種經濟合理和安全的設計方向。  塑性變形性能良好的鋼筋混凝土構件，應當確?？估瓘姸?、屈服強度指標參數(shù)合理，即參數(shù)值不宜過小。其衡量標準為：在鋼筋的極限強度為能達到時所產生的變形能力、以及屈服強度等仍然能有余量。而在設計時，可以綜合考慮，即根據建筑結構特點合理設計框架梁、柱節(jié)點位置、以及配筋等，從而才能強化梁、柱之間的建筑構造延性。  當然，鋼筋混凝土的強度高就并非一定代表其性能良好，應因地制宜的根據實際情況加以設計、分析，如混凝土強度高也會導致脆性因素不斷提升，進而導致與其相對應的建筑延性降低。也就是說，如果結合抗震設計指標，如9度的抗震設計，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，還要根據混凝土的受壓構件的軸壓比進行調整、控制，從而能夠確保結構達到合理延性標準與要求。同時，效果良好的箍筋進行優(yōu)化、配置，也能夠受到很好的理想成效，即實現(xiàn)了增進混凝構件的變形能力、以及極限強度與耗能能力；而具體優(yōu)化箍筋時可考慮箍筋的形式、間距、以及數(shù)量等指標之間的規(guī)律、聯(lián)系?？傊?，調整、控制軸壓比能夠增強建筑構造的延性，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，并調整好截面形式等，那么就必然會提高構件載荷、增強結構延性。  結語  建筑結構安全性能得到保證涉及到方方面面。而建筑結構延性問題作為其中熱議的焦點問題固然有著它的現(xiàn)實意義與指導作用。因此，為了保證建筑結構抗震安全、降低生命財產損失，就應當合理提高建筑結構的延性，對結構承載能力、變形能力、抗剪能力等因素加以分析考慮，從而才能實現(xiàn)建筑結構合理設計。  參考文獻  [1]李宏. 建筑結構延性抗震設計分析[j]. 科技創(chuàng)新導報, 2010,(03) .  [2]彭超. 談框架結構延性的抗震設計[j]. 四川建材, 2010,(03) .  [3]蔣正躍,付云松. 鋼筋混凝土框架結構延性設計的探討[j]. 山西建筑, 2010,(26) .  [4]包高娃,麥拉蘇. 結構延性與抗震設計[j]. 內蒙古民族大學學報, 2009,(02) .  [5]吳濤. 鋼筋混凝土框架結構的延性抗震設計[j]. 有色冶金設計與研究, 2010,(04) .  [6]gb 50010—2002，混凝土結構設計規(guī)范[s]．  [7]gb 50011—2008，建筑抗震設計規(guī)范[s]