【摘 要】目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國新建建筑中仍占有很大比例，隨著近年來地震頻發(fā)，人們越來越關(guān)注結(jié)構(gòu)的抗震性能化設(shè)計，然而受制于經(jīng)濟性、使用性能和對地震作用定量研究的深度等因素，現(xiàn)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計仍以結(jié)構(gòu)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的三水準為設(shè)計目標，這就對建筑的延性設(shè)計提出了更高的要求。本文從材料的延性著手，在截面、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的延性等方面進行總結(jié)，提出了延性設(shè)計的一些思路。

【關(guān)鍵詞】混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；延性

地震是一種自然現(xiàn)象，它的特點是短暫突發(fā)，數(shù)值大，以地震波的形式存在，人們往往無法進行準確及時的預(yù)報。因此，常給人類造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。最初人們通過加強結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力來抵抗地震帶來的傷害，但這樣的做法一來極不經(jīng)濟，二來使得建筑的使用性、舒適性很差，三由于地震強度不確定性并不能完全實現(xiàn)“抗震”。因此人們開始關(guān)注延性這一材料所具有的自然屬性，以期滿足建筑使用性能的同時實現(xiàn)建筑的抗倒塌性。

1、材料的延性

延性是一種物理特性，其所指的是，材料在受力而產(chǎn)生破壞之前的塑性變形能力。目前我國使用的建筑材料主要為混凝土和鋼材?；炷潦怯赡z凝材料，顆粒狀集料（也稱為骨料），水，以及必要時加入的外加劑和摻合料按一定比例配制，經(jīng)均勻攪拌，密實成型，養(yǎng)護硬化而成的一種人工石材?；炷辆哂锌箟簭姸雀?，耐久性好，強度等級范圍寬等特點，但是其延性性能較差，在破壞前無明顯變形或其它預(yù)兆，因此無法單獨做為建筑材料。鋼材具有很好的延性，在沖擊和振動荷載作用下，能夠吸收較大的能量，同時能產(chǎn)生一定的變形而不致破壞，是優(yōu)良的建筑材料，價格是現(xiàn)階段影響其使用范圍的主要因素。

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼材主要的應(yīng)用形式為鋼筋、鋼骨、鋼管等，其作用是，通過合理的配置使得混凝土材料的延性得以改善，并充分發(fā)揮各自的優(yōu)點。從大量的試驗中，人們發(fā)現(xiàn)雖然混凝土材料本質(zhì)上是脆性材料，但在三向約束的條件下，其表現(xiàn)出了較好的延性，目前結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要通過鋼筋，鋼管對混凝土的有效環(huán)向約束，使得混凝土材料具有了較好的延性。

圖一 約束混凝土與無約束混凝土的比較

從圖一中可以明顯看出，有約束混凝土的延性比無約束混凝土有了極大的提高，使得我們可以在建筑中更好的使用混凝土這一廉價人工石材。

2、截面的延性

針對鋼筋混凝土構(gòu)件截面承載力的計算，目前基本建立在“平截面假定”的基礎(chǔ)上，截面的延性主要取決于混凝土受壓區(qū)高度以及縱筋配筋量是否合理，而這兩者是互相影響的。簡單來說當(dāng)截面有較好的延性時，混凝土的受壓區(qū)不應(yīng)太大，破壞始于受拉鋼筋的屈服，在受拉鋼筋應(yīng)力達到屈服強度時，混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力峰值未達到極限值，因此并未破壞，此時由于鋼筋屈服，因此變形很大，而承載力下降不多甚至還由于受壓區(qū)范圍的增加而小幅增加，從而表現(xiàn)出很好的延性。而對于柱體現(xiàn)在控制軸壓比，從而控制受壓區(qū)高度，并通過縱筋的最小、最大配筋率控制合理的配筋量，從而實現(xiàn)截面的延性。

3、構(gòu)件的延性

梁、柱、墻是結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的構(gòu)件，它們的延性是如何實現(xiàn)的呢？

3.1梁的延性

梁作為建筑最常用到的水平構(gòu)件，其延性的好壞對建筑的抗震性能有直接的影響。梁是水平構(gòu)件，地震中即使發(fā)生破壞，也只是局部樓蓋的問題，不會造成結(jié)構(gòu)的整體破壞，因此設(shè)計師希望地震來時梁發(fā)生延性破壞，出現(xiàn)梁鉸，吸收地震力，提供足夠的轉(zhuǎn)動能力，以局部破壞換取整體的相對完整。

梁可以看成是若干個截面構(gòu)成的，因此受壓區(qū)高度仍然是延性的重要控制指標。同時梁除了承受彎矩，還有剪力和扭矩的作用，而這兩種作用對梁破壞往往是脆性破壞，其破壞過程沒有任何較大的變形。對此規(guī)范主要采取了構(gòu)造要求，控制剪扭的最小截面，并通過配置箍筋增加梁的抗剪、抗扭承載力，使其“破壞”只發(fā)生在“彎曲破壞”之后，同時樓板也會對梁的抗剪以及抗扭提供有力的幫助。對于重要的梁，設(shè)計中可以通過對混凝土施加較強的約束，來提高延性，就像連梁箍筋的通長加密；應(yīng)嚴格控制梁的受壓區(qū)高度，特別注意梁上開洞造成的梁的受壓區(qū)截面減少，對梁帶來的不利影響；合理采用已有的設(shè)計經(jīng)驗，比如在混凝土結(jié)構(gòu)中采用已在鋼結(jié)構(gòu)中大量使用的“狗骨頭”梁，可以結(jié)合梁上開洞，同時解決設(shè)備和結(jié)構(gòu)的要求；此外采用勁性混凝土梁也可以大幅度提高梁的延性。

3.2柱的延性

柱作為建筑最常用到的豎向構(gòu)件，其延性的好壞對建筑的抗震性能有重要的影響。柱式主要的承受豎向荷載的構(gòu)件，地震中如果破壞就會造成結(jié)構(gòu)的整體破壞，因此應(yīng)盡量避免框架柱的破壞。

柱的受力較為復(fù)雜，通常軸力、剪力、彎矩同時作用，控制軸壓比，剪跨比就顯得更為重要。通?？刹扇〉姆椒ㄓ校哼x用合適的混凝土等級，混凝土的延性隨著其強度的提高而降低，雖然因為強度提高柱的軸壓比有所減低，但同時延性卻在下降，選取合適的混凝土強度就很重要，抗震規(guī)范表6.3.6建議使用C60以下等級的混凝土。約束混凝土也是提高柱延性的方法之一，可以通過箍筋、鋼管（圓形、方形）甚至纖維材料（多用于已有建筑的抗震加固）來實現(xiàn)對混凝土的有效約束，提高混凝土的極限壓應(yīng)變，從而提高變形能力。此時配箍率就是主要的衡量指標，框架柱的延性一般和配箍率成正比。由于柱承受的軸力較大或者建筑隔墻、層高的問題，會出現(xiàn)短柱甚至剪跨比比小于1.5的柱，此時往往通過箍筋加密，設(shè)置芯柱解決。

3.3墻的延性

墻也是建筑最常用到的豎向構(gòu)件，一般作為建筑抗震的第一道防線，其延性的好壞對建筑的抗震性能有重要的影響。影響剪力墻延性的主要參數(shù)為剪跨比，也可采用高寬比進行衡量，細高的剪力墻通常（高寬比大于3）往往是具有延性的彎曲破化剪力墻。剪力墻的延性往往通過合理的連梁設(shè)置實現(xiàn)，也可以在墻端部設(shè)置帶鋼骨的邊緣構(gòu)件或者墻體內(nèi)埋鋼板獲得提高。

4、結(jié)構(gòu)的延性

結(jié)構(gòu)是由若干數(shù)量的梁、柱、墻等構(gòu)件組合而成的，結(jié)構(gòu)的延性受構(gòu)件延性的影響，但又不是簡單地求和。簡單來說應(yīng)該是合理的構(gòu)件組合，才能有最佳的延性性能。

影響結(jié)構(gòu)延性設(shè)計的主要因素為：縱筋的配筋率，箍筋的配箍率，混凝土材料的強度，軸壓比，剪跨比。這些也都是影響構(gòu)件延性的因素。

目前抗震結(jié)構(gòu)多為超靜定結(jié)構(gòu)，在地震作用下通過形成塑性鉸，大量消耗地震傳給建筑物的能量，從而保證建筑的安全，在這一過程中結(jié)構(gòu)變現(xiàn)出來的在較大的變形情況下仍能保持較高承載力的能力就是結(jié)構(gòu)的延性。通常通過“強柱弱梁”、“強剪弱彎”“強節(jié)點、強錨固”來實現(xiàn)。

雖然規(guī)范通過計算放大，構(gòu)造加強等措施從理論上實現(xiàn)了“強柱弱梁”，但由于樓板并沒有完全參與計算，導(dǎo)致是實際情況并不完全相符，目前采取的措施多為加強框架柱，那么能否在樓板上采取一定的構(gòu)造，削弱其對梁的影響？這方面應(yīng)該可以通過更多的研究得到一些有益經(jīng)驗?！皬娂羧鯊潯薄皬姽?jié)點、強錨固”都是采取一定的計算和構(gòu)造措施，相應(yīng)的推遲剪切破壞以及節(jié)點破壞，使其發(fā)生在具有延性的彎曲破壞之后，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的延性。實際工作中，發(fā)現(xiàn)如果合理的進行豎向構(gòu)件加強，對結(jié)構(gòu)的延性也是有益的，比如在建筑層高變化層的上下一定范圍內(nèi)的樓層，加強其豎向構(gòu)件的延性，使得變形能力協(xié)調(diào)和順。

5、總結(jié)

結(jié)構(gòu)設(shè)計中的延性設(shè)計，本質(zhì)上就是抗震設(shè)計，它更多地表現(xiàn)為概念設(shè)計。要求結(jié)構(gòu)工程師從多方面入手，系統(tǒng)的分析，采用合理恰當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q設(shè)計中遇到的問題。本文從材料的延性著手，在構(gòu)件、結(jié)構(gòu)的延性等方面進行總結(jié)，提出了延性設(shè)計的一些思路。

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