鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計要求

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計要求導(dǎo)言框架結(jié)構(gòu)在地震時進(jìn)入屈服階段來應(yīng)對超過地震烈度的抗震設(shè)防烈度，當(dāng)屈服還不能抵消時就會發(fā)生塑性變形來吸收和消耗地震能量。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)延性的重要性混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震實質(zhì)上就是結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計。所謂延性，指的是指構(gòu)件與結(jié)構(gòu)屈服之后，在其承載能力不下降的前提下，所具備的塑性變形能力，這種能力被稱為“延性比”。提高結(jié)構(gòu)的延性比有助于提升框架的抗震潛能，加強(qiáng)其抗倒塌能力。設(shè)計在延性結(jié)構(gòu)的混凝土框架通過其塑性鉸區(qū)域發(fā)生變形，可以有效吸收和分散地震傳對于框架作用力；該區(qū)域變形也可以使整體框架剛度得以降低，減弱地震對于結(jié)構(gòu)的作用力。具有延性結(jié)構(gòu)能夠使框架對于承載力要求降低，事實上延性結(jié)構(gòu)對抗突發(fā)地震的武器就是它所具有的變形能力。也就是說，如果鋼筋混凝土框架的結(jié)構(gòu)延性不夠好，那么就要求框架對于地震具備足夠大的承載力。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計延性設(shè)計是針對延性結(jié)構(gòu)在鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)中所起到的與結(jié)構(gòu)本身的承載能力一樣不可忽視的作用，而進(jìn)行的研究尤其對是震區(qū)的鋼筋混凝土建筑顯得更加重要。倡導(dǎo)延性設(shè)計，以加強(qiáng)其抗震能力。由于鋼筋混凝土材料還具脆性，在突遇地震時會發(fā)生斷裂對居住者的人身安全是一個極大隱患，所以為了最大限度減少這一特點的損害，在設(shè)計中更應(yīng)當(dāng)重視發(fā)揮鋼筋的塑性特征，增強(qiáng)其吸收消耗能量的能力，實行延性設(shè)計。根據(jù)我國目前對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，在實施混凝土框架延性設(shè)計過程中需得遵循以下要求：1.控制塑性鉸的位置，“強(qiáng)柱弱梁”框架結(jié)構(gòu)若形成梁鉸機(jī)構(gòu)，則塑性鉸分布比較均勻，而且梁鉸機(jī)構(gòu)的延性要求也比較容易實現(xiàn)。若形成柱鉸機(jī)構(gòu)，則易使整個結(jié)構(gòu)形成機(jī)動結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的倒塌?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)遵循的設(shè)計原則是“強(qiáng)柱弱梁”這是為了確保結(jié)構(gòu)的延性，這樣就可以確保設(shè)計荷載下同一節(jié)點上柱端截面抗彎承載力之和大于梁端截面抗彎承載力之和，而且可以使框架結(jié)構(gòu)中柱的抗彎承載力儲備足夠。塑性鉸出現(xiàn)在梁端，大大減少柱端屈服的可能性，吸收更多的地震能量，增強(qiáng)了構(gòu)件的延性。在發(fā)生地震時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的塑性鉸不許現(xiàn)于梁的跨中，而要求出現(xiàn)在梁上。因為如果現(xiàn)于梁的跨中會導(dǎo)致框架局部遭到破壞。如今的建筑中有的采取現(xiàn)澆樓板設(shè)計，這種設(shè)計解決了梁的剛度和強(qiáng)度加強(qiáng)問題，而在實際的震后調(diào)查中我們發(fā)現(xiàn)，只屬現(xiàn)澆樓板框架，地震破壞均發(fā)生在柱中，而且破壞較嚴(yán)重；那些無樓板構(gòu)架式設(shè)計的裂縫也出現(xiàn)在梁中，破壞卻相對較輕，由此可以證明強(qiáng)梁弱柱所引發(fā)的的結(jié)構(gòu)性震害相對較重。框架結(jié)構(gòu)的塑性鉸所現(xiàn)順序和位置不相同，框架結(jié)構(gòu)所遭遇的破壞形式也會有所不同。如果塑性鉸出現(xiàn)在柱中則不但難以修復(fù)還容易致使整個框架結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌。只有當(dāng)梁端出現(xiàn)塑性鉸時，混凝土框架才可以在遭到外力損壞前就已經(jīng)發(fā)生一定程度的變形，因此可以耗散和吸收比較多震時能量，相對具備更好的抗震能力。總的來說，比較合理的鋼筋混凝土框架破壞機(jī)制應(yīng)是梁比柱的塑性屈服盡可能早發(fā)生和多發(fā)生，底層柱柱根的塑性鉸較晚形成，各層柱子的屈服順序應(yīng)錯開，不要集中在某一層。這種破壞機(jī)制的框架，就是強(qiáng)柱弱梁型框架。2.梁柱的延性設(shè)計鋼筋混凝土框架的延性和能量耗散能力，主要源之于梁和柱子上經(jīng)過專門構(gòu)造處理的塑性鉸的變。節(jié)點的變形應(yīng)基本限制在彈性范圍內(nèi)主要是因為節(jié)點的動力性能受剪切和錨固機(jī)制控制，而且節(jié)點一般不宜作為能量耗散部位，因為其滯回特性較差，能量耗損較差?？蚣芄?jié)點的破壞主要是由于節(jié)點核芯區(qū)箍筋數(shù)量不足，在剪力和壓力的共同作用下節(jié)點核芯區(qū)混凝土出現(xiàn)斜裂縫，箍筋屈服甚至被拉斷，柱的縱向箍筋被壓屈而引起的。因此，為了防止節(jié)點核芯區(qū)發(fā)生剪切破壞，對節(jié)點剪壓比進(jìn)行控制及進(jìn)行節(jié)點核芯區(qū)抗剪承載力驗算，保證節(jié)點核芯區(qū)混凝土的強(qiáng)度滿足要求和配置足夠數(shù)量的鋼筋，做到“強(qiáng)節(jié)點”。我國規(guī)范則規(guī)定利用節(jié)點核心區(qū)截面抗震承載力驗算公式計算節(jié)點的剪切配筋。并規(guī)定節(jié)點核芯區(qū)箍筋量不小于柱端加密區(qū)的實際配箍量，以使節(jié)點核芯區(qū)具有較高的強(qiáng)度和延性。要使鋼筋混凝土框架有延性，就要保證框架中的梁柱延性足夠，而梁柱面塑性鉸的轉(zhuǎn)動能力大小直接是衡量其延性是否足夠的關(guān)鍵，所以框架抗震設(shè)計中梁柱塑性鉸的設(shè)計非常重要。此設(shè)計技術(shù)要求如下首先，要做到“強(qiáng)剪弱彎”。鋼筋混凝土制梁柱在遭受到較大的外界剪力時，常會出現(xiàn)脆性破壞，不能達(dá)到較好的延性從而實現(xiàn)對地震能量的分散，因此做其框架的梁、柱設(shè)計工作時，要請注意使其構(gòu)件受剪承載的能力大于其受彎承載能力，以保證構(gòu)件能夠發(fā)生彎曲破壞，盡量避免其形成延性較差的剪切破壞，而且即使塑性鉸出現(xiàn)之后也可保證構(gòu)件避免被過早剪壞，實際上這么做目的是為了最大程度地控制框架構(gòu)件在遭遇地震時的破壞形態(tài)。其次，對梁、柱剪跨比和壓比的限制有一定的要求。剪跨比是框架構(gòu)件截面所承受的彎矩與剪力相對大小的反映，能夠影響到梁、柱的極限變形能力，因此其剪跨比應(yīng)當(dāng)控制到。如果構(gòu)件截面的過小時，箍筋數(shù)量就會需要很多，在箍筋起作用之前，框架構(gòu)件過早出現(xiàn)脆性斜壓式破壞，而引時箍筋用量再多也毫無作用。所以，在設(shè)計時就要限制梁截面的平均剪應(yīng)力，這樣箍筋無需太多，也可有效防止斜裂縫的過早出現(xiàn)。當(dāng)然，要保證結(jié)構(gòu)的延性，構(gòu)造措施是必不可少的，這些在現(xiàn)行的規(guī)范和構(gòu)造手冊上都有詳細(xì)的說明。鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計構(gòu)造措施明顯提高構(gòu)件延性的措施是使軸壓比與縱筋最大配筋率受力合理，規(guī)范限制軸壓比及縱筋的最大配筋率可以實現(xiàn)受拉鋼筋的屈服限于受壓混凝土壓碎的破壞形式，來提高塑性鉸區(qū)域的轉(zhuǎn)動能力。加密塑性區(qū)域內(nèi)的局部延性和箍筋間距可以保證強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計原則及塑性區(qū)域的局部延性。這樣可以在提高柱端抗剪能力的同時還可約束核心區(qū)混凝土，對縱向鋼筋提供側(cè)向支持，避免了大變形下縱筋壓屈，從而改善塑性區(qū)域的局部延性。約束箍筋的最小直徑，最大間距，塑性鉸區(qū)域的最小長度都在規(guī)范中做出了詳細(xì)規(guī)定，并對箍筋肢距及箍筋形式提出了相應(yīng)要求。材料延性對確保構(gòu)件延性極為重要，為此規(guī)范對材料也提出相應(yīng)限制，如保證鋼強(qiáng)屈比，延伸率及混凝土強(qiáng)度等級，同時對施工過程中可能出現(xiàn)的鋼筋代換也提出相應(yīng)限制。梁柱等構(gòu)件延性的影響因素。因素主要是混凝土極限壓應(yīng)變和破壞時的受壓區(qū)高度。同時，對于梁而言，不允許柱出現(xiàn)塑性鉸（底層柱除外）和允許柱出現(xiàn)塑性鉸但控制其出現(xiàn)時間和程度這兩種方案，出現(xiàn)塑性鉸的主要部位都由梁端始終引導(dǎo)，所以都希望梁端具有良好延性的塑性變形（即不喪失基本抗彎能力前提下的塑性變形轉(zhuǎn)動能力）和良好的塑性耗能能力。因此除計算上滿足一定的要求外，還要通過