淺析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

韓仕超

摘 要：在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，必須要考慮到建筑的抗震性能，確保其結(jié)構(gòu)延性能夠達(dá)到一定的要求，從而保證結(jié)構(gòu)的變形能力，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮到影響結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的因素，并通過合理的設(shè)計(jì)方法來避免這些因素的影響， 確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本文在此從抗震設(shè)計(jì)的要求出發(fā)，對(duì)如何保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性能力的抗震設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；結(jié)構(gòu)；延性

1 抗震設(shè)計(jì)的基本要求

建筑的平立面布置應(yīng)符合概念設(shè)計(jì)的要求，建筑的體型力求簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱、質(zhì)量和剛度變化均勻。不規(guī)則的建筑方案應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施，特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進(jìn)行專門的研究和論證，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的建筑方案。

結(jié)構(gòu)材料選擇與結(jié)構(gòu)體系的確定應(yīng)符合抗震結(jié)構(gòu)的要求，采用哪一種結(jié)構(gòu)材料，什么樣的結(jié)構(gòu)體系要經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件比較綜合確定，抗震結(jié)構(gòu)的各類構(gòu)件應(yīng)具有的強(qiáng)度和變形能力（或延性），抗震結(jié)構(gòu)體系的選取應(yīng)符合以下要求：（1）具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑；（2）具有多道抗震防線，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力；（3）應(yīng)具備必要的強(qiáng)度、良好的變形能力和耗能能力；（4）具有合理的剛度和強(qiáng)度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中，對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位應(yīng)采取措施提高抗震能力。

各構(gòu)件之間的連接必須符合下列要求：（1）構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的破壞不應(yīng)先于其連接的構(gòu)件；（2）預(yù)埋件的錨固破壞不應(yīng)先于連接件；（3）裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接應(yīng)能保證結(jié)構(gòu)的整體性，抗震結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)應(yīng)能保證地震時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各抗側(cè)力構(gòu)件必須有可靠的措施以確保空間協(xié)同工作；（4）預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力鋼筋宜在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)以外錨固；（5）非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（圍護(hù)墻、隔墻、填充墻）要合理設(shè)置。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方面

第一，在施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)該盡可能避免較大應(yīng)力集中的現(xiàn)象出現(xiàn)，比如：開洞、截面突變、刻槽等；第二，做好鋼筋的配置，尤其是對(duì)于受力不同的鋼筋，應(yīng)該高度的重視受力鋼筋和構(gòu)造鋼筋的確定；第三，對(duì)于容易開裂以及結(jié)構(gòu)薄弱之處，應(yīng)該做好相應(yīng)的處理；第四，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該做好剛性與柔性關(guān)系的處理。在結(jié)構(gòu)當(dāng)中所有的構(gòu)件都處于約束和被約束之間，相連構(gòu)件的約束關(guān)系需要重視。在設(shè)計(jì)中，要懂得剛?cè)岵?jì)，不能夠一味地追求柔性或者是追求剛度；第五，作為施工設(shè)計(jì)人員，對(duì)于結(jié)構(gòu)施工程序、材料特性以及施工方案都應(yīng)該有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，在選擇方案和使用材料的時(shí)候，需要做到有的放矢。

2.2 盡量設(shè)置多道抗震防線

對(duì)于每一次強(qiáng)震來說，往往伴有后續(xù)的若干次余震。因此，在建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如果只設(shè)置一道防線，那么經(jīng)過首次破壞之后，可能由于余震的到來而再次損傷結(jié)構(gòu)，最終造成倒塌事故。因此，在建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮若干個(gè)延性良好的分體系組成，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，可形成有效的多重荷載傳遞路徑，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用抵抗地震力；如果遇到第二水準(zhǔn)烈度的地震，也就是在本地區(qū)抗震設(shè)防烈度時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)進(jìn)入到非彈性變形狀態(tài)，可能對(duì)建筑物造成輕微的損壞，但是只需要簡(jiǎn)單修理甚至無需處理，就可以繼續(xù)使用；因此，這就要求建筑結(jié)構(gòu)必須具備強(qiáng)大的延性能力，不會(huì)出現(xiàn)難以修復(fù)的徹底性破壞；如果遇到第三設(shè)防烈度地震，也就是比本地區(qū)的抗震設(shè)防度中罕遇地震更高的情況下，雖然結(jié)構(gòu)的破壞相對(duì)嚴(yán)重，但是不會(huì)造成結(jié)構(gòu)倒塌，不會(huì)產(chǎn)生致命性破壞。

2.3 適當(dāng)提升抗震能力

首先，如果發(fā)生強(qiáng)烈的地震作用，構(gòu)件的強(qiáng)度安全儲(chǔ)備大幅度下降，通過對(duì)構(gòu)件實(shí)際承載力的分析，可客觀判斷薄弱部位；其次，應(yīng)確保建筑樓層的承載力與計(jì)算彈性受力的比值保持均勻性變化，如果比值突然發(fā)生變化，可能會(huì)導(dǎo)致塑性集中變形；再次，避免地震力集中在局部位置，而對(duì)結(jié)構(gòu)整體的承載力協(xié)調(diào)產(chǎn)生影響。

2.4 客觀考慮位移問題

對(duì)于我國建筑設(shè)計(jì)來說，大多以承載力作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員采取線彈性方法，對(duì)小幅度震動(dòng)情況下的結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力等進(jìn)行分析，采取組合內(nèi)力方法，對(duì)構(gòu)件的截面進(jìn)行驗(yàn)證，以此確保結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性。然而，為了更好地針對(duì)位移狀況變化引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分了解結(jié)構(gòu)變形情況和配筋之間的關(guān)系，有針對(duì)性地采取設(shè)計(jì)方法，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入到抗震階段后，對(duì)其變形進(jìn)行精確分析與探討。因此，除了計(jì)算小震階段的情況以外，也要收集、統(tǒng)計(jì)、分析大震過程，實(shí)現(xiàn)更深層次的設(shè)計(jì)，必將成為未來發(fā)展方向。

3 保證結(jié)構(gòu)延性能力的抗震設(shè)計(jì)

合理選擇了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和延性要求后，就需要通過抗震措施來保證結(jié)構(gòu)確實(shí)具有所需的延性能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)。系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容。

3.1 “強(qiáng)柱弱梁”

人為增大柱相對(duì)于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現(xiàn)較早，在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較大；而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，在達(dá)到最大非線性位移時(shí)塑性轉(zhuǎn)動(dòng)較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個(gè)較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力。

3.2 “強(qiáng)剪弱彎”

剪切破壞基本上沒有延性，一旦某部位發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力，對(duì)于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會(huì)先發(fā)生剪切破壞。

3.3 構(gòu)造措施上的延性保證

（1）限制軸壓比與縱筋最大配筋率合理的受力過程可明顯提高構(gòu)件延性，為實(shí)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(dòng)能力，規(guī)范限制軸壓比與縱筋最大配筋率，同時(shí)對(duì)混凝土受壓區(qū)高度也提出相應(yīng)要求。

（2）限制約束配筋和配筋形式。加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距是很重要的一點(diǎn)，為保證“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)底層柱底”和“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)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(duì)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。規(guī)范對(duì)約束區(qū)縱筋的最小直徑、最大間距、塑性鉸區(qū)域的最小長(zhǎng)度等做出了詳細(xì)的規(guī)定，并對(duì)箍筋肢距及箍筋形式提出了相應(yīng)要求。隨著工程應(yīng)用中箍筋強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度不斷提高，對(duì)塑性鉸區(qū)域內(nèi)箍筋布置的要求是抗震構(gòu)造措施的一個(gè)重要方面，這一情況將導(dǎo)致高強(qiáng)度混凝土中約束箍筋配筋率的減少而降低結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可靠度，建議以配筋特征值代替原體積配筋率，同時(shí)鑒于約束配筋對(duì)柱端塑性鉸區(qū)的良好約束作用，建議適當(dāng)增大配筋量。

（3）限制材料。拒絕豆腐渣工程的第一關(guān)就是把握好材料質(zhì)量，材料延性對(duì)確保構(gòu)件（結(jié)構(gòu)）延性極為重要，為此規(guī)范對(duì)材料也提出了相應(yīng)的限制，如保證鋼筋強(qiáng)屈比、延伸率及混凝土強(qiáng)度等級(jí)等，同時(shí)對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的鋼筋代換也提出了相應(yīng)的限制。

4 結(jié)語

綜上所述，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震起著重要作用。一個(gè)優(yōu)良的建筑設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)相互配合、協(xié)作的基礎(chǔ)上完成。為此，要充分重視結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的重要性，在建筑設(shè)計(jì)中更好地發(fā)揮應(yīng)有的作用。