延性設(shè)計在房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的應(yīng)用

熊君明 深圳市建筑設(shè)計研究總院有限公司，廣東 深圳 518000

目前，我國地震災(zāi)害頻發(fā)，在這種時代背景下，應(yīng)有效將抗震設(shè)計應(yīng)用到房屋結(jié)構(gòu)建筑上面。我國房屋建筑的設(shè)計也逐漸在這方面有所發(fā)展，延性設(shè)計在房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中有著良好的作用，能夠在地震的作用下，有效地避免受到地震災(zāi)害損失，同時盡量減少地震帶來的影響，使人們更好地得到保護。

1 延性設(shè)計的分析

延性主要是房屋結(jié)構(gòu)和有關(guān)構(gòu)件超過了一定彈性階段的抗震能力，在抗震設(shè)計的要素中，主要有三種設(shè)計因素起到作用，分別是延性和強度以及剛度等。在地震發(fā)生以后，光有良好的強度和剛度還不行，還要有良好的延性，房屋結(jié)構(gòu)在非彈性變形中所起到的作用，以及維持結(jié)構(gòu)的初始強度能力也是很重要的。

所謂延性，主要是說房屋的建筑結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建、材料等，在進行初始強度還不是很明顯下降時非彈性變形能力。考慮房屋結(jié)構(gòu)中延性設(shè)計，應(yīng)該考慮的是延性材料和截面延性，同時還要考慮構(gòu)件延性以及結(jié)構(gòu)體系延性這幾個方面。

具體來說，材料延性主要是通過材料應(yīng)力來體現(xiàn)的，也就是材料的應(yīng)變曲線，例如混凝土材料受壓情況，加上鋼筋的拉伸程度等問題，以及混凝土材料的滑移曲線等。這些應(yīng)力，在發(fā)生較大的非彈性變形，且強度沒有出現(xiàn)明顯的下降的情況，就稱之為這樣的材料為延性材料。延性材料包括的有混凝土材料和鋼材等，而相對于鋼筋混凝土則是介于鋼材和混凝土之間的延性材料。

在構(gòu)件截面延性主要是說構(gòu)件截面在構(gòu)件中的受彎構(gòu)件來體現(xiàn)的，而且還在受扭構(gòu)件中的受扭構(gòu)件來體現(xiàn)。構(gòu)件的延性，一般是通過梁延性來體現(xiàn)，相對屬于局部延性，如果梁柱的延性比較好，且具有較好的非彈性變形，那么它的承載力是不會明顯下降的。

在結(jié)構(gòu)體系中的延性，一般是通過水平荷載來體現(xiàn)，以及頂層水平位移和層間的位移進行分析延性的。這種結(jié)構(gòu)體系延性也因此叫做整體延性。不過，以上這四種延性不是單獨和孤立的，而是相互影響和相互關(guān)聯(lián)的。一個延性設(shè)計好的房屋，其構(gòu)建延性也非常好，且這種延性較好的構(gòu)件能夠再次形成有利的延性結(jié)構(gòu)。例如，房屋建筑中的鋼材屬于一種延性材料，如果其鋼材的延性好，那么鋼材組件的有關(guān)鋼梁與鋼柱，以及鋼筋混凝土相對來說能夠組件成延性較好的鋼架材料結(jié)構(gòu)。不過，這種情況是相對而言的，不是絕對性質(zhì)的，如果一個房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)用了很多延性好的材料，其在設(shè)計的其它階段，如鋼柱設(shè)計時不夠合理，或者是鋼梁的截面具有一定的不合理，這樣，也會得不到較好的延性結(jié)構(gòu)。

因此，確定良好的延性構(gòu)件，一定要考慮周全，保證整體結(jié)構(gòu)的合理性，同時為延性的整體結(jié)構(gòu)和體系做準(zhǔn)備，這樣，才不會影響到抗震設(shè)計的總設(shè)計質(zhì)量。

2 延性與砌體、混凝土結(jié)構(gòu)中的設(shè)計分析

本文分析應(yīng)用的是某地大地震情況，在地震中市區(qū)的大部分烈度在極震區(qū)，且烈度高達11 度，使得市區(qū)內(nèi)的民用建筑全部倒塌，而相對于市區(qū)境內(nèi)的工業(yè)建筑也只有10%沒有受到嚴重破壞，其他的90%都不同程度的受到嚴重破壞。在市區(qū)震前情況下，共有磚石房屋一共1209 幢，在地震中這些房屋受損的情況在986 幢破壞掉，而且有134 幢全部毀壞，而495 幢有部分的倒塌情況發(fā)生。這種情況下，我們可以看到砌體的結(jié)構(gòu)對地震抗震設(shè)計的影響是多么的重要。

在砌體結(jié)構(gòu)中，應(yīng)加強強震防止倒塌的科學(xué)途徑，要求改變這種情況，改善砌體結(jié)構(gòu)的延性。針對脆性砌體結(jié)構(gòu)，主要是一些磚石結(jié)構(gòu)，或者是沒有鋼筋的磚塊結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的砌體，應(yīng)該利用延性好的材料加以改善?？梢杂醚有暂^好的鋼筋網(wǎng)和鋼模板，或者利用延性比較好的纖維，如一些碳纖維或者是一些玻璃纖維。這些好的延性材料會直接對砌體產(chǎn)生作用，保證砌體的預(yù)應(yīng)力，使得改善房屋砌體的延性。

對于構(gòu)造柱的分析和改善，在砌體結(jié)構(gòu)中如果有構(gòu)造柱，可以提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能。在我國的發(fā)部分地區(qū)以及其他地方，采用這種砌體結(jié)構(gòu)并加圈梁以及各種構(gòu)造柱的情況很多，利用這種砌體結(jié)構(gòu)，使得砌體周圍有一個良好的框架體系，使得結(jié)構(gòu)在整體性的延性較好。

據(jù)有關(guān)專家實驗，利用單片墻的單向循環(huán)以及循環(huán)交替的側(cè)向力來進行靜力實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其磚墻即便是配筋比較少的情況下，也能夠較大程度上改變砌磚脆性，并使得自身結(jié)構(gòu)有良好的延性。

利用混凝土構(gòu)筑進行砌體結(jié)構(gòu)抗震加固，如果砌體的結(jié)構(gòu)和垂直壓力比較大的情況，能夠?qū)w初裂荷載得到提高，同時還可以提高墻體的破裂荷載。這時，鋼筋混凝土的脆性也就得到了加強，然后在強烈的垂直壓力作用下，使得砌體的砂漿強度也會相應(yīng)的提高其等級，增強砌體初裂荷載，以及破壞荷載等。

因此，在設(shè)置相關(guān)鋼筋混凝土的構(gòu)造柱的時候，或者是設(shè)置一些水平圈梁時，要注意剛度的情況，在剛度沒有變化時，其強度能夠提高至少55%，以及變形能力也能提高幾倍以上。

在延性和混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，應(yīng)重視設(shè)計規(guī)范，保證對抗震設(shè)計的具體要求，并保證抗震結(jié)構(gòu)的延性具體系數(shù)。在計算的時候一定要給予具體的措施和保障，這些措施主要是:

在構(gòu)建設(shè)計的時候，要加強設(shè)計中的科學(xué)性，例如對強柱弱梁以及強節(jié)點弱桿件，以及其他的構(gòu)建情況，在實際設(shè)計的時候，一定要注意結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，主要破壞屬于延性的破壞，而不是脆性破壞，這一點非常重要。

其次，在設(shè)計的時候，要注意限制構(gòu)建截面的極限狀態(tài)，一般是受壓的相對高度，同時還有高強度的鋼筋等。在構(gòu)件的配筋率等問題上，一定要將其限值減小，保證構(gòu)件的配筋率限值科學(xué)合理，同時應(yīng)相應(yīng)加大鋼筋錨固長度。

3 延性設(shè)計在房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分析

在具體的房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，要重視鋼筋混凝土的延性構(gòu)件分析，在設(shè)計中要加強延性指標(biāo)設(shè)計，對截面曲率延性要設(shè)計合理，針對構(gòu)件位移延性，應(yīng)按照相應(yīng)的科學(xué)公示以及曲率延性，保證設(shè)計的科學(xué)性。從而確定出曲率延性和相關(guān)箍筋以及軸壓關(guān)系得到良好的調(diào)節(jié)。

在鋼筋混凝土的有關(guān)抗震設(shè)計中，其延性設(shè)計和塑性鉸也有著較高的聯(lián)系。具體來說，鋼筋混凝土的塑性鉸有幾種，主要是受壓鉸，還有一種屬于受拉鉸，就這些塑性鉸一般是在受壓和受拉情況下，才產(chǎn)生的塑性變形，這種情況一般發(fā)生于受彎和受壓構(gòu)件中。具體的受壓鉸，主要是由于受壓混凝土的蘇興國變形而產(chǎn)生，發(fā)生這種情況一般是在小偏心受壓構(gòu)件內(nèi)，或者是出現(xiàn)在超筋受彎構(gòu)件上。

由于這兩種受壓和受拉鉸的延性中，其有著不同的差別，且差別較大。相對于受拉膠的延性是比較良好的，且吸收能力較好，在抗震的作用下，能夠吸收較大的作用力，對構(gòu)件的受拉鉸比較好。而受壓鉸在實際的應(yīng)用中，應(yīng)盡量的避免，一般是通過加密箍筋，或者是利用構(gòu)件進行改變其形式，從而將構(gòu)件形成一種約束機制，進而增加混凝土受壓塑性的變形等情況。

4 結(jié)語

綜上所述，在進行具體的探析延性設(shè)計中對房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)用時，一定要考慮到延性設(shè)計的兩個方向，要考慮延性的設(shè)計的確定性，以及延性的非確定性設(shè)計。在實際的設(shè)計中，要把握延性的指標(biāo)，盡量將其具體化，然后對延性進行精確計算。使得房屋設(shè)計的抗震設(shè)計達到質(zhì)量最優(yōu)。

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