延性设计在房屋结构抗震设计中的应用

2015-08-15熊君明深圳市建筑设计研究总院有限公司广东深圳518000

江西建材 2015年16期

熊君明深圳市建筑设计研究总院有限公司，广东深圳 518000

目前，我国地震灾害频发，在这种时代背景下，应有效将抗震设计应用到房屋结构建筑上面。我国房屋建筑的设计也逐渐在这方面有所发展，延性设计在房屋结构抗震设计中有着良好的作用，能够在地震的作用下，有效地避免受到地震灾害损失，同时尽量减少地震带来的影响，使人们更好地得到保护。

1 延性设计的分析

延性主要是房屋结构和有关构件超过了一定弹性阶段的抗震能力，在抗震设计的要素中，主要有三种设计因素起到作用，分别是延性和强度以及刚度等。在地震发生以后，光有良好的强度和刚度还不行，还要有良好的延性，房屋结构在非弹性变形中所起到的作用，以及维持结构的初始强度能力也是很重要的。

所谓延性，主要是说房屋的建筑结构以及构建、材料等，在进行初始强度还不是很明显下降时非弹性变形能力。考虑房屋结构中延性设计，应该考虑的是延性材料和截面延性，同时还要考虑构件延性以及结构体系延性这几个方面。

具体来说，材料延性主要是通过材料应力来体现的，也就是材料的应变曲线，例如混凝土材料受压情况，加上钢筋的拉伸程度等问题，以及混凝土材料的滑移曲线等。这些应力，在发生较大的非弹性变形，且强度没有出现明显的下降的情况，就称之为这样的材料为延性材料。延性材料包括的有混凝土材料和钢材等，而相对于钢筋混凝土则是介于钢材和混凝土之间的延性材料。

在构件截面延性主要是说构件截面在构件中的受弯构件来体现的，而且还在受扭构件中的受扭构件来体现。构件的延性，一般是通过梁延性来体现，相对属于局部延性，如果梁柱的延性比较好，且具有较好的非弹性变形，那么它的承载力是不会明显下降的。

在结构体系中的延性，一般是通过水平荷载来体现，以及顶层水平位移和层间的位移进行分析延性的。这种结构体系延性也因此叫做整体延性。不过，以上这四种延性不是单独和孤立的，而是相互影响和相互关联的。一个延性设计好的房屋，其构建延性也非常好，且这种延性较好的构件能够再次形成有利的延性结构。例如，房屋建筑中的钢材属于一种延性材料，如果其钢材的延性好，那么钢材组件的有关钢梁与钢柱，以及钢筋混凝土相对来说能够组件成延性较好的钢架材料结构。不过，这种情况是相对而言的，不是绝对性质的，如果一个房屋结构设计中，应用了很多延性好的材料，其在设计的其它阶段，如钢柱设计时不够合理，或者是钢梁的截面具有一定的不合理，这样，也会得不到较好的延性结构。

因此，确定良好的延性构件，一定要考虑周全，保证整体结构的合理性，同时为延性的整体结构和体系做准备，这样，才不会影响到抗震设计的总设计质量。

2 延性与砌体、混凝土结构中的设计分析

本文分析应用的是某地大地震情况，在地震中市区的大部分烈度在极震区，且烈度高达11 度，使得市区内的民用建筑全部倒塌，而相对于市区境内的工业建筑也只有10%没有受到严重破坏，其他的90%都不同程度的受到严重破坏。在市区震前情况下，共有砖石房屋一共1209 幢，在地震中这些房屋受损的情况在986 幢破坏掉，而且有134 幢全部毁坏，而495 幢有部分的倒塌情况发生。这种情况下，我们可以看到砌体的结构对地震抗震设计的影响是多么的重要。

在砌体结构中，应加强强震防止倒塌的科学途径，要求改变这种情况，改善砌体结构的延性。针对脆性砌体结构，主要是一些砖石结构，或者是没有钢筋的砖块结构，这种结构的砌体，应该利用延性好的材料加以改善。可以用延性较好的钢筋网和钢模板，或者利用延性比较好的纤维，如一些碳纤维或者是一些玻璃纤维。这些好的延性材料会直接对砌体产生作用，保证砌体的预应力，使得改善房屋砌体的延性。

对于构造柱的分析和改善，在砌体结构中如果有构造柱，可以提高砌体结构的抗震性能。在我国的发部分地区以及其他地方，采用这种砌体结构并加圈梁以及各种构造柱的情况很多，利用这种砌体结构，使得砌体周围有一个良好的框架体系，使得结构在整体性的延性较好。

据有关专家实验，利用单片墙的单向循环以及循环交替的侧向力来进行静力实验，结果发现，其砖墙即便是配筋比较少的情况下，也能够较大程度上改变砌砖脆性，并使得自身结构有良好的延性。

利用混凝土构筑进行砌体结构抗震加固，如果砌体的结构和垂直压力比较大的情况，能够将墙体初裂荷载得到提高，同时还可以提高墙体的破裂荷载。这时，钢筋混凝土的脆性也就得到了加强，然后在强烈的垂直压力作用下，使得砌体的砂浆强度也会相应的提高其等级，增强砌体初裂荷载，以及破坏荷载等。

因此，在设置相关钢筋混凝土的构造柱的时候，或者是设置一些水平圈梁时，要注意刚度的情况，在刚度没有变化时，其强度能够提高至少55%，以及变形能力也能提高几倍以上。

在延性和混凝土结构的设计中，应重视设计规范，保证对抗震设计的具体要求，并保证抗震结构的延性具体系数。在计算的时候一定要给予具体的措施和保障，这些措施主要是:

在构建设计的时候，要加强设计中的科学性，例如对强柱弱梁以及强节点弱杆件，以及其他的构建情况，在实际设计的时候，一定要注意结构的抗震设计，主要破坏属于延性的破坏，而不是脆性破坏，这一点非常重要。

其次，在设计的时候，要注意限制构建截面的极限状态，一般是受压的相对高度，同时还有高强度的钢筋等。在构件的配筋率等问题上，一定要将其限值减小，保证构件的配筋率限值科学合理，同时应相应加大钢筋锚固长度。

3 延性设计在房屋结构抗震设计分析

在具体的房屋结构抗震设计中，要重视钢筋混凝土的延性构件分析，在设计中要加强延性指标设计，对截面曲率延性要设计合理，针对构件位移延性，应按照相应的科学公示以及曲率延性，保证设计的科学性。从而确定出曲率延性和相关箍筋以及轴压关系得到良好的调节。

在钢筋混凝土的有关抗震设计中，其延性设计和塑性铰也有着较高的联系。具体来说，钢筋混凝土的塑性铰有几种，主要是受压铰，还有一种属于受拉铰，就这些塑性铰一般是在受压和受拉情况下，才产生的塑性变形，这种情况一般发生于受弯和受压构件中。具体的受压铰，主要是由于受压混凝土的苏兴国变形而产生，发生这种情况一般是在小偏心受压构件内，或者是出现在超筋受弯构件上。

由于这两种受压和受拉铰的延性中，其有着不同的差别，且差别较大。相对于受拉胶的延性是比较良好的，且吸收能力较好，在抗震的作用下，能够吸收较大的作用力，对构件的受拉铰比较好。而受压铰在实际的应用中，应尽量的避免，一般是通过加密箍筋，或者是利用构件进行改变其形式，从而将构件形成一种约束机制，进而增加混凝土受压塑性的变形等情况。