淺析鋼筋混凝土結構延性抗震設計要點

韓仕超

摘 要：在高層鋼筋混凝土結構的設計中，必須要考慮到建筑的抗震性能，確保其結構延性能夠達到一定的要求，從而保證結構的變形能力，提高結構的穩定性。在設計過程中應當充分考慮到影響結構抗震設計的因素，并通過合理的設計方法來避免這些因素的影響， 確保建筑結構的穩定性。本文在此從抗震設計的要求出發，對如何保證鋼筋混凝土結構延性能力的抗震設計做了詳細的分析。

關鍵詞：鋼筋混凝土；結構；延性

1 抗震設計的基本要求

建筑的平立面布置應符合概念設計的要求，建筑的體型力求簡單、規則、對稱、質量和剛度變化均勻。不規則的建筑方案應按規定采取加強措施，特別不規則的建筑方案應進行專門的研究和論證，不應采用嚴重不規則的建筑方案。

結構材料選擇與結構體系的確定應符合抗震結構的要求，采用哪一種結構材料，什么樣的結構體系要經技術經濟條件比較綜合確定，抗震結構的各類構件應具有的強度和變形能力（或延性），抗震結構體系的選取應符合以下要求：（1）具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；（2）具有多道抗震防線，避免因部分結構或構件破壞而導致整個體系喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力；（3）應具備必要的強度、良好的變形能力和耗能能力；（4）具有合理的剛度和強度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位產生過大的應力集中或塑性變形集中，對可能出現的薄弱部位應采取措施提高抗震能力。

各構件之間的連接必須符合下列要求：（1）構件節點的破壞不應先于其連接的構件；（2）預埋件的錨固破壞不應先于連接件；（3）裝配式結構構件的連接應能保證結構的整體性，抗震結構的支撐系統應能保證地震時結構穩定，各抗側力構件必須有可靠的措施以確保空間協同工作；（4）預應力混凝土構件的預應力鋼筋宜在節點核心區以外錨固；（5）非結構構件（圍護墻、隔墻、填充墻）要合理設置。

2 鋼筋混凝土結構抗震設計

2.1 設計方面

第一，在施工設計環節，應該盡可能避免較大應力集中的現象出現，比如：開洞、截面突變、刻槽等；第二，做好鋼筋的配置，尤其是對于受力不同的鋼筋，應該高度的重視受力鋼筋和構造鋼筋的確定；第三，對于容易開裂以及結構薄弱之處，應該做好相應的處理；第四，在設計中應該做好剛性與柔性關系的處理。在結構當中所有的構件都處于約束和被約束之間，相連構件的約束關系需要重視。在設計中，要懂得剛柔并濟，不能夠一味地追求柔性或者是追求剛度；第五，作為施工設計人員，對于結構施工程序、材料特性以及施工方案都應該有一個全面的認識，在選擇方案和使用材料的時候，需要做到有的放矢。

2.2 盡量設置多道抗震防線

對于每一次強震來說，往往伴有后續的若干次余震。因此，在建筑物的抗震結構設計中，如果只設置一道防線，那么經過首次破壞之后，可能由于余震的到來而再次損傷結構，最終造成倒塌事故。因此，在建筑物結構抗震設計時，應考慮若干個延性良好的分體系組成，一旦發生地震災害，可形成有效的多重荷載傳遞路徑，實現協同作用抵抗地震力；如果遇到第二水準烈度的地震，也就是在本地區抗震設防烈度時，結構就會進入到非彈性變形狀態，可能對建筑物造成輕微的損壞，但是只需要簡單修理甚至無需處理，就可以繼續使用；因此，這就要求建筑結構必須具備強大的延性能力，不會出現難以修復的徹底性破壞；如果遇到第三設防烈度地震，也就是比本地區的抗震設防度中罕遇地震更高的情況下，雖然結構的破壞相對嚴重，但是不會造成結構倒塌，不會產生致命性破壞。

2.3 適當提升抗震能力

首先，如果發生強烈的地震作用，構件的強度安全儲備大幅度下降，通過對構件實際承載力的分析，可客觀判斷薄弱部位；其次，應確保建筑樓層的承載力與計算彈性受力的比值保持均勻性變化，如果比值突然發生變化，可能會導致塑性集中變形；再次，避免地震力集中在局部位置，而對結構整體的承載力協調產生影響。

2.4 客觀考慮位移問題

對于我國建筑設計來說，大多以承載力作為結構抗震設計的重點，設計人員采取線彈性方法，對小幅度震動情況下的結構變形、內力等進行分析，采取組合內力方法，對構件的截面進行驗證，以此確保結構的可靠性、穩定性。然而，為了更好地針對位移狀況變化引起的結構內力變化，在進行抗震設計時應該充分了解結構變形情況和配筋之間的關系，有針對性地采取設計方法，當建筑結構進入到抗震階段后，對其變形進行精確分析與探討。因此，除了計算小震階段的情況以外，也要收集、統計、分析大震過程，實現更深層次的設計，必將成為未來發展方向。

3 保證結構延性能力的抗震設計

合理選擇了結構的屈服水準和延性要求后，就需要通過抗震措施來保證結構確實具有所需的延性能力，從而保證結構在中震、大震下實現抗震設防目標。系統的抗震措施包括以下幾個方面內容。

3.1 “強柱弱梁”

人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現較早，在達到最大非線性位移時塑性轉動較大；而柱端塑性鉸出現較晚，在達到最大非線性位移時塑性轉動較小，甚至根本不出現塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩定的塑性耗能機構和較大的塑性耗能能力。

3.2 “強剪弱彎”

剪切破壞基本上沒有延性，一旦某部位發生剪切破壞，該部位就將徹底退出結構抗震能力，對于柱端的剪切破壞還可能導致結構的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節點的組合剪力值，使結構能在大震下的交替非彈性變形中其任何構件都不會先發生剪切破壞。

3.3 構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件延性，為實現受拉鋼筋的屈服先與受壓區混凝土壓碎的破壞形態，以提高塑性鉸區域的轉動能力，規范限制軸壓比與縱筋最大配筋率，同時對混凝土受壓區高度也提出相應要求。

（2）限制約束配筋和配筋形式。加密塑性鉸區內的箍筋間距是很重要的一點，為保證“強節點”、“強柱弱梁”、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的設計原則及塑性鉸區域的局部延性，有必要加密塑性鉸區內的箍筋間距，這不但可提高柱端抗剪能力，還可約束核心區內混凝土，對縱向鋼筋提供側向支承，防止大變形下縱筋壓曲，從而改善塑性鉸區域的局部延性。規范對約束區縱筋的最小直徑、最大間距、塑性鉸區域的最小長度等做出了詳細的規定，并對箍筋肢距及箍筋形式提出了相應要求。隨著工程應用中箍筋強度和混凝土強度不斷提高，對塑性鉸區域內箍筋布置的要求是抗震構造措施的一個重要方面，這一情況將導致高強度混凝土中約束箍筋配筋率的減少而降低結構的設計可靠度，建議以配筋特征值代替原體積配筋率，同時鑒于約束配筋對柱端塑性鉸區的良好約束作用，建議適當增大配筋量。

（3）限制材料。拒絕豆腐渣工程的第一關就是把握好材料質量，材料延性對確保構件（結構）延性極為重要，為此規范對材料也提出了相應的限制，如保證鋼筋強屈比、延伸率及混凝土強度等級等，同時對施工過程中可能出現的鋼筋代換也提出了相應的限制。

4 結語

綜上所述，結構抗震設計對建筑抗震起著重要作用。一個優良的建筑設計，必須是在建筑設計與結構抗震設計相互配合、協作的基礎上完成。為此，要充分重視結構抗震設計在建筑設計中的重要性，在建筑設計中更好地發揮應有的作用。