高层建筑钢筋混凝土结构概念设计中的延性构件

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性——即塑性变形能力的大小。

延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力的一种性能，一般用延性比表示延性——即塑性变形能力的大小。塑性变形可以耗散地震能量，大部分抗震结构在中震作用下都有部分构件进入塑性状态而耗能，耗能性能也是延性好坏的一个指标。

1.构件延性比

图5-7a表示了一个钢筋混凝土受弯构件受力和变形直到破坏的过程，当受拉钢筋屈服以后，构件即进入塑性状态，构件刚度降低，随着变形迅速增加，构件承载力仅略有增大，当承载力开始下降时，构件达到受力和变形的极限状态。延性比是指极限变形（曲率φ_u、转角θ_u或挠度f_u）与屈服变形（φ_y、θ_y或f_y）的比值。屈服变形定义是钢筋屈服时的变形，极限变形一般定义为承载力降低10%～20%时的变形。

图5-7 钢筋混凝土构件与结构延性比

a）构件延性比 b）结构延性比

2.结构延性比

对于一个钢筋混凝土结构，当某个构件出现塑性铰时，结构开始出现塑性变形，但一个构件屈服只会使结构刚度略有降低；当出现塑性铰的构件数量增多以后，结构的塑性变形逐渐加大，结构刚度继续降低；当塑性铰达到一定数量以后，结构也会出现“屈服”现象，即结构进入变形迅速增大而承载力略微增大的塑性阶段，称为“屈服”后的弹塑性变形阶段，结构“屈服”时的位移定为屈服位移Δ_y；当整个结构不能维持其承载能力，即承载能力下降到最大承载力的80%～90%时，达到极限位移Δ_u。结构延性比通常是指极限顶点位移Δ_u与“屈服”顶点位移Δ_y的比值，见图5-7b。显然，结构“屈服”的特征常常不明显，结构“屈服”有个过程，确定Δ_y的数值有困难，虽有一些简化方法，但是很难具有明确的物理意义，也很难统一，因此，结构延性比数值常常是不确定的，很难定量，但是作为概念，结构的延性具有重要意义。

在“小震不坏、中震可修、大震不倒”或者是基于性能的抗震设计原则下，钢筋混凝土结构都应该设计成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许部分构件出现塑性铰，这种状态是“中震可修”状态；当合理控制塑性铰部位、构件又具备足够的延性时，可做到在大震作用下结构不倒塌。高层建筑各种抗侧力体系都是由框架和剪力墙组成的，作为抗震结构都应该设计成延性框架和延性剪力墙。

延性结构的塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽然会加大，但作用于结构的惯性力不会很快上升，内力也不会再加大，因此可降低对延性结构的承载力要求，也可以说，延性结构是用它的变形能力（而不是承载力）抵抗强烈的地震作用；反之，如果结构的延性不好，则必须用足够大的承载力抵抗地震。后者会多用材料，由于地震发生概率极少，对于大多数抗震结构，延性结构是一种经济的、合理而安全的设计对策。

要保证钢筋混凝土结构有一定的延性，除了必须保证梁、柱、墙等构件均具有足够的延性外，还要采取措施使框架及剪力墙都具有较大的延性。

高层建筑钢筋混凝土结构概念设计中的延性构件

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