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结构概念设计之延性设计(下)

 碧野田间牛得草 2016-05-30

一、在实际工程中的延性设计处理方法

有选择地重点提高结构中的重要构件以及某些构件中关键杆件或关键部位的延性:

1、在结构的竖向,应该重点提高楼房中可能出现塑性变形集中的相对柔弱楼层的构件延性。对于刚度沿高度均匀分布的简单体型建筑,应着重提高底层构件延性;对于大底盘的高层建筑,应该着重提高主楼与裙房顶面向衔接的楼层中构件的延性;对于其他不规则立面高层建筑,应着重加强体型突变处楼层构件延性;对于框托墙体系,框支墙体系,应着重提高底层或底部几层框架延性。

高层建筑的底部由于使用功能需要较大的空间,造成结构承载力和刚度的突变,如框支剪力墙结构,在地震作用下由于塑性变形集中的影响,框支层对延性有很高的要求。当框支层的刚度与上部结构刚度相比相差较大时,更应保证延性。按接近弹性设计并采取适当的保证延性措施也是必要的。

2、在平面位置上,应该着重提高房屋周边转角处,平面突变处以及复杂平面各翼相接处的构件延性。对于偏心结构,应加大房屋周边特别是 刚度较弱一端构件的延性。

3、对于具有多道抗震防线的抗侧力体系,应着重提高第一道防线中构件的延性。在框架-剪力墙体系中,应重点提高抗震墙的延性;在筒中筒体系中,应重点提高实墙内筒的延性。在框架-剪力墙体系中,应重点提高抗震墙的延性;在筒中筒体系中,应重点提高实墙内筒的延性。

4、在同一构件中,应着重提高关键杆件的延性。对于框架和框架筒体,应优先提高柱的延性;对于联肢墙,应特别注意加大各层连梁的延性;对于全墙体系中满布窗洞的外墙(壁式框架),应着重加 强提高窗间墙的延性;

5、在同一杆件中,重点提高延性的部位应该是预期该构件地震时首先屈服的部位:例如梁的两端,柱的上,下端,抗震墙墙肢的根部等。

二、实际工程中改善构件延性的途径

1、控制构件的破坏形态:弯曲构件的延性远大于剪切构件的延性,所以争取更多的构件实现弯曲破坏——强剪弱弯设计原则;控制框架结构的破坏机制,使梁的弯曲破坏先于柱的弯曲破坏,称为“强柱弱梁”设计原则。

2、减小构件的轴压比:确定截面尺寸时应该控制轴压比,柱的侧移延性比随着轴压比的增大而急剧下降;在高轴压比情况下,增加箍筋用量对提高柱延性比不再发挥作用。

3、高强混凝土的应用:当高层建筑超过40层时,为了保证框架柱具有良好的延性,降低轴压比,宜采用高强混凝土。不过设计中应该注意,采用高强混凝土时,还应适当降低剪压比。

4、钢纤维混凝土的应用:钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入少量(体掺率为1%~2%)乱向短钢纤维形成的一种复合材料。钢纤维混凝土具有较高的抗拉,抗裂和抗剪强度,良好的抗冲击韧性和抗地震延性。

5、型钢混凝土的应用:型钢钢筋混凝土(SRC)结构是把型钢(S)置入钢筋混凝土(RC)中,使型钢,钢筋(纵筋和箍筋),混凝土三种材料元件协同工作以抵抗各种外部作用效应的一种结构。SRC结构具有较大的强度,刚度,延性和抗震性能。

为了保证构件的延性和结构延性,对材料的应变性能有一定要求,规范对钢筋和混凝土的强度都提出了要求,如《建筑抗震设计规范》规定:抗震等级为一、二、三级的框架和斜撑构件(含梯段),其纵向受力钢筋采用普通钢筋时,钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25;钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3;且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。等

在同一地震作用下,结构的不同部位有不同的延性要求,重点部位是预期首先屈服的部位,如梁端、柱脚、剪力墙根部、剪力墙连梁等。



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