浅析建筑结构设计中的延性设计与结构措施--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

浅析建筑结构设计中的延性设计与结构措施

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：林燕平

[导读] 摘要：建筑结构在使用过程中的安全性一直都是社会各界关注的一项重点内容，其对于保障建筑所属区域范围内的人员财产设备安全具有非常重要的意义。

        广东南雅建筑工程设计有限公司广东汕头 515000
        摘要：建筑结构在使用过程中的安全性一直都是社会各界关注的一项重点内容，其对于保障建筑所属区域范围内的人员财产设备安全具有非常重要的意义。延性设计在建筑结构设计中的应用要求其建筑结构的相关组成构件在屈服之后仍然具备足够的变形能力，同时能够依靠结构本身的弹塑性变形能力有效消耗建筑结构在地震等大规模能量冲击下的变形影响，以此有效确保屈服结构出现延性破坏并有效避免建筑结构的脆性破坏、冲击倒塌等安全问题的发生。因此延性设计在建筑结构设计中的应用对于确保当前建筑结构的承载能力、提升当前建筑结构的塑性变形能力、优化当前建筑结构抗震性能的优良性等均有非常积极的作用。基于此，本文将针对建筑结构设计中延性设计的基本含义进行分析阐述，同时针对建筑结构设计中常用的延性设计内容与提升建筑结构延性的设计措施进行分别探讨。
        关键词：建筑结构；延性设计；设计措施；基本含义
        当前针对建筑结构进行延性设计具有重大的意义，由于延性结构比脆性结构更具优越性，主要体现为：1）破坏过程较长，破坏前征兆更明显；2）出现意外荷载时有更好的抗衡能力及承载能力；3）充分利用超静定结构的特征，使内力重新分布，材料性能发挥比较充分；4）消耗动荷载产生的能量，减少结构受损程度；5）在特殊情况下，其变形能力使结构安全更有保障。基于此，本文将以自身对建筑结构延性含义的理解进行浅析，同时针对设计中提升建筑结构延性的措施进行分别探讨。
        一、建筑结构延性的基本含义
        以结构在遭遇地震作用下为例，如果结构可以很好到吸收及消化地震产生的能量，那么我们可以认为该结构具有较好的抗震能力。也就是说假定全部结构构件延性都很好，结构在地震作用下倒塌到概率就越小。但是，该怎么尽可能往这个方向上去做呢？注重结构中的重要构件和构件中的关键位置，是较为简单可行到方法。
        在设计时有目的地设置一些塑性段，且首先形成塑性段的部位不应该是结构敏感的部位，通过这些塑性段去消化能量，使结构即具有承载力，也具有位移能力，不会导致严重破坏。塑性段应该控制在一些有利部位，保证主要承重结构正常工作。否则将适得其反。从以往震害中可以认识到，以框架结构为例，要避免结构遭受严重损坏，可以使其杆件的屈服先于节点，梁的屈服先于柱，就能使结构具有较好的的延性。
        在进行钢筋混凝土框架结构设计时，为获得较高延性，有4点原则需要遵循：1）强柱弱梁；2）强剪弱弯；3）强节点弱杆件；4）强锚固。在这些设计原则中，以“强柱弱梁”作进一步分析。
        所谓的“强柱弱梁”，是通过内力的调整来实现的。控制同一节点的梁柱的相对承载力，使柱的承载力大于梁的承载力。由于梁柱在同一个节点上时，计算到的弯矩是一样的，如果在一定限度上对柱的弯矩进行放大，提高柱的承载力，那么柱的承载力就会大于梁的承载力，使梁屈服先于柱屈服。
        二、设计中提升建筑结构延性的措施
        为使建筑结构在地震作用下不产生严重破坏，通过结构变形消耗、减少地震能量是关键性问题。可采用以下三方面到措施：
        （1）注重关键点：
        ①注重关键构件的形变能力。在建筑结构进行抗震设计时，可以说保证了结构构件的延性即基本保证了整个建筑结构的延性。所以要求结构构件的延性并不低于结构整体的延性，尤其要注意对关键构件延性的设计。所谓的关键构件，既是多道抗震设防设计中第一道抗震防线。在框架结构中，柱子是所有构件中延性要求最高的构件；在框架－剪力墙结构中，剪力墙是重点要求提高延性的构件；在筒中筒结构中，实墙内筒是重点要求提高延性的构件；在多肢墙结构中，窗裙梁是重点要求提高延性的构件；在壁式框架结构中，窗间墙是重点要求提高延性的构件；
        ②注重构件中的关键部位的形变能力。在结构构件进行抗震设计时，可以说保证了关键部位的延性即基本保证结构构件的延性。所以要求关键部位的延性并不低于结构构件的延性。所谓的关键部位，指的是设计时有目的性设置的首先发生屈服的塑性段，例如梁的两端、柱的上下端、抗震墙的根部加强部位等。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        （2）注重薄弱点：
        ①沿建筑物垂直方向，应该关注竖向构件，特别是那些位于薄弱层或软弱层位置的，因为这些地方会大概率出现塑性集中变形。在沿高度方向刚度分布均匀，形体简单的高层建筑中，底部数层的竖向构件应重点提高其延性；在带大底盘的高层建筑中，主楼与裙楼屋面交接楼层的竖向构件应重点提高其延性；在立面不规则的高层建筑中，形体变化处楼层的竖向构件应重点提高其延性；
        ②从建筑物平面形态上，应注重提高延性的构件位于平面凹凸位置、四周转角位置。在刚度不对称的结构中，周边及刚度较弱一端的竖向构件应重点提高其延性。
        （3）改善构件延性的措施
        一般采取下列措施来提高构件延性：
        ①从破坏形态入手，对其发展加以把控。例如构件发生弯曲破坏时的变形能力优于发生剪切破坏时的变形能力，发生大偏压破坏时的变形能力优于发生小偏压破坏时的变形能力。基于此，在进行结构及结构构件的设计时，通过计算调整及构造处理等方面加以控制，使破坏形态往预设的方向发展，而不出现剪切破坏及小偏压破坏。
        ②从竖向构件的轴压比加以控制。研究计算数据表明，降低竖向构件轴压比对提高竖向构件变形能力有显著的作用。基于此，在进行竖向构件的设计时，确定柱、墙肢等竖向构件的大小时，应对其轴压比值加以控制。
        ③从构件的受压区高度加以控制。例如对于弯曲构件梁来说，设置一些纵向钢筋在梁截面中的受压区范围内，可以使梁的转动能力得以提升，增强梁的变形能力。
        ④提高构件的受剪承载力，使构件优先出现弯曲破坏，而不是剪切破坏，因为弯曲破坏是延性破坏，剪切破坏是脆性破坏。基于此，在进行构件的设计时，为了提高构件受剪承载力，可以采用“强剪弱弯”的原则，在一定程度上放大剪力设计值，增设抗剪箍筋，控制剪切应力的方式，使构件优先发生弯曲破坏。
        ⑤加强箍筋设置，既能提高构件抗剪能力，又能提高构件轴压比。
        ⑥墙端设边缘构件，提高强肢变形能力。
        ⑦加强钢筋锚固，使钢筋和混凝土可以共同发挥作用。
        ⑧加强节点。保证构件破坏先于节点。
        ⑨对预埋件应加强其锚固能力。
        结语
        综上所述，延性设计在建筑结构设计中的应用涵盖结构设计、构件设计等多项内容。在建筑结构延性设计的过程中理解《规范》精神，通过“内力调整”使破坏形态往预设方向发展，通过 “构造措施”来作辅助措施，确保延性设计的有效性。
        参考文献：
        [1]范振华.关于高层建筑延性设计的要点分析[J].四川水泥,2015(09):72.
        [2]秦珊.高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计[J].绿色环保建材,2017(4):59.
        [3]李尧.高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计[J].技术与市场,2016,023(007):227-227.
        [4]杨宗慧.高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计[J].中国新技术新产品,2011,000(004):303.
        [5]周汀.高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计[J].建材与装饰,2014,000(008):35-37.
        [6]谢国.试论高层建筑框架结构的延性设计[J].河南科技,2013(13):174+178.