建筑结构的延性设计

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【摘 要】建筑构造延性的侧重研究对象主要针对的是荷载作用较大引起的相关问题,如脆性、变形、塑性破坏等问题.与此同时,延性主要通常包括截面延性、结构延性、以及组成建筑结构的构件延性等.所以由此可见,当建筑物延性设计不足、或者延性较差,必然会不符建筑结构延性载荷的规定要求,从而一旦地震灾害发生时所产生的生命财产损失将十分严重.所以针对这一问题,本文对建筑延性设计进行了研究,并提出了相关设计方法与控制举措.

【关 键 词】建筑结构；延性；荷载；设计

延性包括材料、截面、构件和结构的延性.延性是指屈服后,强度和承载能力没有显著降低时的塑性变形能力.延性大,说明塑性变形能力大,强度或承载力的降低缓慢,从而有足够大的能力吸收和耗散地震能量,避免结构倒塌；延性小,说明达到最大承载能力后承载力迅速降低,变形能力小,呈现脆性破坏,引起结构倒塌.

结构延性可以来自材料延性、截面曲率延性、构件位移延性和结构位移延性.一般来说,对截面延性的要求高于对构件延性的要求,对构件延性的要求高于对结构延性的要求.我国规范没有对结构、构件的延性系数和耗能能力做定量的规定,只规定了罕遇地震作用下各结构体系的弹塑性层问位移角限值.例如,钢筋混凝土框架结构的屈服层间位移角为1／200左右,规范规定其弹塑性层间位移角限值为1／50.

建筑物的延性设计合理必然会提高建筑物延性,即提高建筑物承载能力,从而使得一旦发生荷载作用力较大、引起建筑塑性变形时,就不至于建筑物出现塑性变形过量破坏、脆性突出的不利局面.也就是说,建筑物延性良好,其抗震能力、极限弹性必然会很高；反之,建筑物延性较差,其抗震能力、极限弹性也就很低,从而导致荷载作用过大、超越极限弹性允值范畴,引起塑性轻易破坏的可能,即这时建筑物的脆性就很大,同时这也是建筑物脆性的一种体现.基于此,文章中就建筑结构延性问题作为切入视角进行了研究,并与之提出了建筑延性设计、控制举措.

1建筑物延性设计定义概述

由建筑延性设计而来的问题很多,其中最为明显的是载荷、建筑变形、以及与其相对的脆性问题.总的来说,建筑延性设计包括对建筑构造的设计,同时也包括建筑结构中的组成构件设计.当然,在具体延性设计处理过程中,必然也是通过位移延性、曲率延性、以及塑性等指标去体现.如,在塑性铰区定量配置约束箍筋,就能够提高建筑结构混凝设计的极限应变能力,进而使建筑构造构件具备强大的延性能力.

我国地震区分布较广,在抗震设防地区(特别是高烈度区),概念设计是结构抗震设计的重要内容,大震作用下的延性设计是结构耗散地震能量、避免结构倒塌的重要设计方法.建筑抗震概念设计主要包括建筑结构的规则性设计、合理的建筑结构体系设计、抗侧力结构和结构构件的延性设计三个主要方面.

2建筑结构常用延性设计与提高延性举措

2.1常用延性设计

2.1.1砌体结构设计.建筑结构柱和圈梁的砌筑墙体部分当受到水平和竖直方向的荷载作用力,并随着荷载作用力能够达到墙体主裂缝形成的需求时,荷载作用力的作用结果就会使墙体发生主裂缝,且主裂缝会把墙体分为四个块体.此时,水平载荷作用力作用下,水平两侧方向的三角形块体就会产生位移,即向外逐渐移动,自此导致裂缝的开裂程度加大,而此裂缝也随时间推移不断发展,直到与墙体脱离；在中间结构的上下方向,两块墙体的承压面积也会发生变化,即面积逐渐缩小,从而使得支护、荷载达不到原先承受要求,出现坍塌,墙体的承载能力也就此消失.但是,如果在建筑墙体部分设置好构造柱与圈梁,就能够阻止三角块体向外移动,从而大幅度降低了墙体刚度衰退、向外位移而坍塌的现象发生,提高了墙砌体的耗能能力.由此可见,墙体与构造柱、圈梁之间的结构设计,在很大程度上保证了墙体的刚度衰退、并在三者共同作用下形成了一个塑性铰区域,进而墙体的极限弹性也提高了,同时塑性变形破坏现象也能够避免；即使大地震发生,也不至于导致建筑物墙体突然快速坍塌,能够确保建筑框架结构发挥塑性变形功能,从而确保了建筑损坏的部分能够修复,不至于废弃.

2.1.2钢筋混凝土结构设计.钢筋混凝土结构都应该设计成延性结构.“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则,也就是要做到在设防烈度地震作用下,允许部分构件出现塑性铰,这种状态是“中震可修”状态；合理控制塑性铰部位、构件又具备足够的延性,可做到在大震作用下结构不倒塌的状态.

延性结构的塑性变形可以耗散地震能量,虽然结构变形会加大,但内力不会很大,对构件的承载能力要求不会很高.也就是说,延性结构是用它的变形能力,而不是承载力抵抗强烈的地震作用.因此,对于地震发生概率极少的抗震结构,延性结构是一种经济合理和安全的设计方向.

塑性变形性能良好的钢筋混凝土构件,应当确保抗拉强度、屈服强度指标参数合理,即参数值不宜过小.其衡量标准为：在钢筋的极限强度为能达到时所产生的变形能力、以及屈服强度等仍然能有余量.而在设计时,可以综合考虑,即根据建筑结构特点合理设计框架梁、柱节点位置、以及配筋等,从而才能强化梁、柱之间的建筑构造延性.

当然,钢筋混凝土的强度高就并非一定代表其性能良好,应因地制宜的根据实际情况加以设计、分析,如混凝土强度高也会导致脆性因素不断提升,进而导致与其相对应的建筑延性降低.也就是说,如果结合抗震设计指标,如9度的抗震设计,一般选用C60以下；8度选用的是C70以下,不宜超过此范畴；此外,还要根据混凝土的受压构件的轴压比进行调整、控制,从而能够确保结构达到合理延性标准与要求.同时,效果良好的箍筋进行优化、配置,也能够受到很好的理想成效,即实现了增进混凝构件的变形能力、以及极限强度与耗能能力；而具体优化箍筋时可考虑箍筋的形式、间距、以及数量等指标之间的规律、联系.总之,调整、控制轴压比能够增强建筑构造的延性,同时在钢筋混凝土的受压区配比一定规模的受压钢筋,并调整好截面形式等,那么就必然会提高构件载荷、增强结构延性.

结语

建筑结构安全性能得到保证涉及到方方面面.而建筑结构延性问题作为其中热议的焦点问题固然有着它的现实意义与指导作用.因此,为了保证建筑结构抗震安全、降低生命财产损失,就应当合理提高建筑结构的延性,对结构承载能力、变形能力、抗剪能力等因素加以分析考虑,从而才能实现建筑结构合理设计.