1、 钢筋砼框架结构设计中抗震延性设计要点及方法 框架结构由梁柱构成,构件截面较小,因此框架结构的承载力和刚度都较低,它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁,楼层越高,水平位移越慢,高层框架在纵横两个方向都承受很大的水平力,这时,现浇楼面也作为梁共同工作的,装配整体式楼面的作用则不考虑,框架结构的墙体是填充墙,起围护和分隔作用,框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间,可提供较大的使用空间,也可构成丰富多变的立面造型。国外多用钢为框架材料,而国内主要为钢筋混凝土框架,框架结构可通过合理的设计,使之具有良好的延性,成为“延性框架”,在地震作用下,这种延性框架具有良好的抗震性能。所谓延性结构就是能够维持承
2、载能力而又具有较大的塑性变形能力的结构,框架结构延性设计时需要采用一系列的构造措施,箍筋加密,通长配筋,避免短柱避免局部刚度过大等。目前,在钢筋混凝框架结构的抗震设计中“塑性铰控制”理论发挥着越来越重要的作用,其要点如下:钢筋混凝结构可以通过选择合理截面形式和配筋构造来控制塑性铰的出现部位;抗震延性结构应当选择并设计有利于抗震的塑性铰部位;在预期出现塑性铰的部位应该通过合理的配筋构造来加大其塑性变形能力,防止过早出现脆性的剪切及锚固破坏。因此,钢筋混凝延性框架没汁的基本原则是:(1)强柱弱梁当梁相对较弱,柱相对较强时,大部分塑性铰出现在梁端,结构不容易形成几何可变体系,因为塑性铰数量多且分散在
3、各层,也就是说塑性变形分散在各层;当柱相对较弱,梁相对较强时,柱中塑性铰数量增多。如果柱中塑性铰集中在某一层,则因为塑性变形集中,使得该层成为薄弱层,易形成几何可变体系。3梁是受弯构件,容易实现大的延性和耗能能力,而柱是属于压弯构件,特别是轴压比大的柱,不容易实现大的延性和耗能能力。4. 柱是重要的承重结构构件。一旦出现大的塑性变形,难以修复,柱的破坏可能使整个结构倒塌所滑强柱弱梁型框架就是要尽量减少或推迟柱中塑性铰的出观,尤其要防止同一层各柱上、下端都出现塑性铰。对于梁的延性影响:在适筋梁的范围内,延性随着受拉钢筋配筋率提高而降低;剪跨比不应大于 0.15;跨高比不应大于 4。对于柱的延性影
4、响:剪跨比应当尽量避免短柱;轴压比越大延性越小;塑性铰区适当加密箍筋,纵筋配筋率不宜过小;相同配筋面积选细的钢筋延性比粗的钢筋延性高。(2)强剪弱弯在钢筋混凝土框架中,粱和柱的破坏形态可以归纳为两种:正截面的弯曲破坏和斜截面的剪切破坏。 当发生正截面弯曲破坏时,在破坏之前将会先形成塑性铰,只要设计合理妥当,形成的塑性铰会具有良好的变形能力和耗能能力但是当发生的是斜截面剪切破坏时,其延性小,耗能差,属于脆性破坏,所以,在钢筋混凝上框架的抗震设计中,为了保证粱和柱中出现塑性铰不会过早地发生剪切破坏,就应该使梁和柱在塑性铰处的受剪承载力大于受弯承载力,以实现强剪弱弯考虑到梁端和柱端正截面实际受弯承载
5、力大于其弯矩没汁值(因为钢筋和混凝上的实际强度大于其强度设计值),所以为保证梁端和柱端斜截面受剪承载力高于其正截面承载力,在斜截面受剪承载力计算时,将剪力设计值作了适当的放大。(3) 强节点、强锚固在延性框架没汁中,除了应保证梁和柱构件有足够的承载力和延性之外,保证节点区的承载力使之不过早地破坏是非常重要的。因为节点区破坏或变形过大,梁和柱就不能形成抗侧力的框架。在竖向荷载和地震作用下,梁柱节点区受力很复杂,主要受压力和剪力。其可能出现的破坏形态有两种:剪压破坏和粘结锚固破坏。 当节点处剪压状态时,节点中会产生沿对角方向的主压应力和主拉应力在节点区混凝上开裂以前,节点处于弹性工作阶段,剪力主要
6、是由混凝上承受,节点中的箍筋应力很小,但是一旦主拉应力超过混凝上的抗拉强度,节点区就会产生沿受压力的对角线出现斜裂缝,箍筋应力增大,剪力由混凝上和箍筋共同承受。在地震反复作用下,会形成交叉斜裂缝,大部分箍筋屈服,混凝土被挤压破碎,纵向钢筋被压曲成灯笼形状,节点就破坏了。框架结点的抗震没汁原则: 节点的承载力不应低于其连接构件的承载力;受多遇地震作用时,节点应在弹性范围内工作:受罕遇地震作用时,节点承载力降低不得危及竖向荷载的传递;加强节点约束。参考文献:1 包世华.结构力学(上、下).武汉理工大学出版社,20032 吴培明、彭少民.混凝土结构(上、下).武汉理工大学出版社,20043 刘立新.
7、砌体结构.武汉理工大学出版社.20034 赵明华.土力学与地基基础.武汉理工大学出版社,20025 赵西安.钢筋混凝土高层建筑结构设计.中国建筑工业出版社,20006 李国胜.多层高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例.中国建筑工业出版社,2006 7 建筑结构制图标准(GB/T50101-2001),中国建筑工业出版社8 建筑结构荷载规范(GB50009-2001),中国建筑工业出版社9 混凝土结构设计规范(GB50010-2002),中国建筑工业出版社10 建筑抗震设计规范(GB50011-2001),中国建筑工业出版社11 建筑地基基础设计规范(GB50007-2002),中国建筑工业出版社12 Park R and Paulay T. Reinforced Concrete structures. New York: John Wiley & Sons,197513Macgregor James G. Reinforced-mechanics & Design. New Jersey,USA: Prentice Hall, Englewood Cliffs,1998