■鄭 兵 ■江西省玉山縣建筑規(guī)劃設計院，江西 上饒 334700

近些年，伴隨著全球范圍內(nèi)地震災害頻發(fā)，國內(nèi)外很多學者們通過地震災害的觀察及模擬實驗分析總結(jié)得出:建筑工程在地震中會出現(xiàn)坍塌，大多因為混凝土框架結(jié)構的耗能與變形能力不足而形成的。在目前我國抗震設計規(guī)范是以小震不壞、中震可修、大震不倒為抗震設防標準的，這一標準的實現(xiàn)，需要鋼筋混凝土框架具有較好的承延性及耗能能力。

1 鋼筋混凝土框架結(jié)構延性設計的概念

建筑結(jié)構的延性是指結(jié)構在保持豎向承載力的前提下的非彈性變形能力。就框架結(jié)構而言，對于梁和柱等構件，由于鋼筋的包興格效應，混凝土梁端或柱端在彎矩作用下受拉開裂后，表現(xiàn)出承載力保持不變而變形增加的塑性變形能力，此部分形變在卸載后也不能恢復，因而在收到壓力的時候，首先會吸收部分能量來恢復此部分形變，應力－應變曲線表現(xiàn)為非線性。受此影響，在地震作用力的反復拉壓循環(huán)受力過程中，梁端或柱端由于多條裂縫的出現(xiàn)而具有一定轉(zhuǎn)角變形的能力，既出現(xiàn)塑性鉸出現(xiàn)?？蚣芙Y(jié)構在地震中的延性耗能能力實則主要表現(xiàn)為地震水平作用力超出結(jié)構彈性極限承載力而出現(xiàn)塑性鉸后，結(jié)構各處的塑性鉸往復轉(zhuǎn)動耗散掉部分結(jié)構所吸收的地震能量。因而鋼筋混凝土框架結(jié)構的延性設計的核心就是控制也夠能在合理的位置出現(xiàn)塑性鉸，表現(xiàn)出保持豎向承載力的前提下的非彈性變形能力。

2 鋼筋混凝土框架抗震延性設計的重要性

我國相關設計規(guī)范中關于抗震設計的思路是，采用較小(重現(xiàn)周期為50年)地震作用結(jié)構抗震設計，通過抗震措施(包涵抗震計算結(jié)果的調(diào)整和抗震構造措施)保證結(jié)構的延性，以使其在更大地震作用下，通過非彈性變形耗能而不發(fā)生嚴重的損壞。因而混凝土框架結(jié)構抗震設計在本質(zhì)上為結(jié)構的延性設計。具有較好延性的混凝土框架結(jié)構一方面在地震作用下通過自身塑性區(qū)域產(chǎn)生變形，能夠良好吸收及擴散地震針對框架的作用力，另一方面由于塑性變形的出現(xiàn)使總體框架剛度有所下降，結(jié)構周期延長，降低地震對結(jié)構的作用力。較高的延性變形能力可以令框架承載力標準下降。合理的延性設計有利于提高框架的抗震潛能及抗抗倒塌能力。

3 鋼筋混凝土框架延性設計的要點

對于框架結(jié)構而言，要保證結(jié)構具有較強的延性變形能力，首先得避免構件出現(xiàn)剪切破壞，無論是梁還是柱一旦發(fā)生剪切破壞都會帶來危機生命安全的嚴重破壞，甚至引起結(jié)構的整體倒塌。其次，結(jié)構延性變形是以豎向承載力為前提的，因而延性設計中不希望過早的出現(xiàn)柱的破壞。再者，框架結(jié)構靠梁柱節(jié)點將各桿件鏈接成一個整體結(jié)構，節(jié)點一旦破壞，就不能保證結(jié)構的整體性。因此，在框架結(jié)構的延性設計中應注意一下幾個方面:

3.1 強剪弱彎

為了規(guī)避梁在屈服之前產(chǎn)生剪切損壞現(xiàn)象，在一級、二級時，依照的強剪弱彎的設計原理適當調(diào)整梁端截面組合剪力設計值，在三級、四級時無需進行調(diào)整。依照《抗震規(guī)范》中對梁截面的最小尺寸、梁截面剪壓比進行限定，以免產(chǎn)生斜壓損壞現(xiàn)象，并給出相應公式對斜截面受剪承載力進行核算。

此外，框架柱在持續(xù)荷載作用中的抗剪承載力來自混凝土(VC)、橫向鋼筋(VS)、軸向荷載的作用效應(VN)等方面。加載初期階段，混凝土承擔大多數(shù)剪力，箍筋的作用緊隨其后。由于構件交叉斜裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展，混凝土抗剪貢獻持續(xù)降低，箍筋效果逐步提高。如果箍筋配置欠缺，斜裂縫處的箍筋屈服或拉斷，斜裂縫則會快速貫穿受壓邊緣而導致構件剪切損壞。

3.2 強柱弱梁

大量災害調(diào)查研究表明，柱端出鉸易造成局部樓層失穩(wěn)甚至倒塌，豎向承載力無法得到保障，即便未倒塌，結(jié)構震后修復困難，經(jīng)濟性較差，因而良好的框架結(jié)構延性設計應盡可能通過梁出鉸來實現(xiàn)非彈性變形。即便有柱端出鉸的情況，也應避免整層樓柱端出鉸而導致結(jié)構在該層抗剪剛度銳減造成結(jié)構失穩(wěn)甚至坍塌，最典型的以底框結(jié)構在震害中表現(xiàn)為底層框架坍塌而上部砌體結(jié)構相對完好為代表。為保證結(jié)構的延性，在同一節(jié)點處柱端截面抗彎承載力的總和應超出梁端截面抗彎承載力總和，計設計時應當依照強柱弱梁的原理，確?？蚣芙Y(jié)構里的柱應具備充分的抗彎承載力儲備，較大程度降低柱端屈服的程度，令塑性鉸產(chǎn)生在梁端，進而吸收較多地震能量，來提高構件的延性。

具體而言，在設計過程中會對梁端進行彎矩進行“調(diào)幅”，有意識的削弱梁端的抗彎儲備，并通過箍筋加密區(qū)長度、配箍率及箍筋間距等構造要求，保證梁端混凝土開裂后能形成非彈性變形性能良好的塑性鉸。值得注意的是，在設計過程中，有時會為因為各種原因人為加大梁端縱向配筋，這可能會導致梁擁有了超出設計意圖的延性，在較大地震作用下柱端延性相對較弱而率先出現(xiàn)塑性鉸。比如，梁底配筋往往是跨中彎矩起控制作用，梁端底部配筋已經(jīng)遠遠大于地震作用產(chǎn)生的彎矩所需的配筋值，故而梁端頂部鋼筋不宜再有人為加大。特別對于連續(xù)梁而言，支座兩側(cè)的負筋設計值往往不同，有時甚至相差較大，而實際操作中往往會以較大一側(cè)設計值為參考將支座處貫通配筋此做法實則人為加大梁端另一側(cè)的支座配筋，筆者建議，框架梁在柱端兩側(cè)的支座配筋設計值差別較大時，應根據(jù)實際計算結(jié)果分別配筋，同時兼顧構造上盡可能多的鋼筋貫通。

3.3 強節(jié)點，弱構件

如上文所述，鋼筋混凝土框架的延性耗能能力，主要依靠梁及柱端的塑性鉸變形，節(jié)點的動力性能被剪切機錨固機制掌控，節(jié)點的滯回特征較差，通常不宜設為能量耗散處，因而梁柱節(jié)點在結(jié)構承受水平地震作用的整個過程中的受力特性都應處于彈性范圍內(nèi)。節(jié)點的上柱及下柱的地震作用彎矩符號相對，并且梁在透過節(jié)點后節(jié)點左右梁的彎矩也相對應，所以，節(jié)點被水平方向剪力乃至垂直方向剪力的共同影響，剪力值遠遠超出相鄰柱及梁上剪力，因此，節(jié)點較易產(chǎn)生剪切損壞。相對作用剪力以及相對配箍率分別為對不同受力特點節(jié)點延性特征的兩個重點綜合變量有所影響。此外，節(jié)點左右彎矩異號也導致節(jié)點處梁的主筋在節(jié)點一側(cè)受拉，另一側(cè)受壓，為了確保其傳力在節(jié)點中的梯度變化需求，設計中應當規(guī)避由于節(jié)點錨固粘結(jié)欠缺而損傷。

框架結(jié)構梁柱節(jié)點的損傷通常表現(xiàn)為節(jié)點核心范圍箍筋數(shù)額欠缺，在剪力與壓力的共同作用下，節(jié)點核心范圍混凝土產(chǎn)生斜裂縫，箍筋屈服甚至拉斷，柱縱向箍筋被壓屈。所以，為了預防節(jié)點核心范圍產(chǎn)生剪切破壞，需對節(jié)點剪壓比采取控制，執(zhí)行節(jié)點核心范圍抗剪承載力核算，確保節(jié)點核心區(qū)混凝土強度及配置充分數(shù)額的箍筋，實現(xiàn)強節(jié)點的目標。

4 結(jié)束語

從以上結(jié)論可以得出，在我國現(xiàn)行的房屋建筑物的抗震規(guī)范里面對鋼筋混凝土的框架結(jié)構的延性設計方面主要是概念設計這一點，但當框架結(jié)構在進入到非彈塑性階段的過程時，就要了解到抗震措施時提高抗震性能的重要條件與保障。當鋼筋混凝土框架結(jié)構的抗震級別以及變形能力、與構件的變形能力至今依舊沒有顯著的定量關聯(lián)。對于鋼筋混凝土框架結(jié)構的延性設計而言，怎樣將框架結(jié)構的受力與抗震方法進行定量化且在設計里得以進行，仍然是我們急需解決的重要問題。

［1］王小蕓.高層建筑鋼筋混凝土框架結(jié)構分析及延性設計的重要性［J］.福建建材，2013(1).

［2］楊聯(lián)強.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構抗震延性設計［J］.建筑技術，2014(4).

［3］張東陽.對鋼筋混凝土框架結(jié)構設計的理解［J］中華民居，2014(12).