延性設計在房屋結構抗震設計中的應用

熊君明 深圳市建筑設計研究總院有限公司，廣東 深圳 518000

目前，我國地震災害頻發，在這種時代背景下，應有效將抗震設計應用到房屋結構建筑上面。我國房屋建筑的設計也逐漸在這方面有所發展，延性設計在房屋結構抗震設計中有著良好的作用，能夠在地震的作用下，有效地避免受到地震災害損失，同時盡量減少地震帶來的影響，使人們更好地得到保護。

1 延性設計的分析

延性主要是房屋結構和有關構件超過了一定彈性階段的抗震能力，在抗震設計的要素中，主要有三種設計因素起到作用，分別是延性和強度以及剛度等。在地震發生以后，光有良好的強度和剛度還不行，還要有良好的延性，房屋結構在非彈性變形中所起到的作用，以及維持結構的初始強度能力也是很重要的。

所謂延性，主要是說房屋的建筑結構以及構建、材料等，在進行初始強度還不是很明顯下降時非彈性變形能力。考慮房屋結構中延性設計，應該考慮的是延性材料和截面延性，同時還要考慮構件延性以及結構體系延性這幾個方面。

具體來說，材料延性主要是通過材料應力來體現的，也就是材料的應變曲線，例如混凝土材料受壓情況，加上鋼筋的拉伸程度等問題，以及混凝土材料的滑移曲線等。這些應力，在發生較大的非彈性變形，且強度沒有出現明顯的下降的情況，就稱之為這樣的材料為延性材料。延性材料包括的有混凝土材料和鋼材等，而相對于鋼筋混凝土則是介于鋼材和混凝土之間的延性材料。

在構件截面延性主要是說構件截面在構件中的受彎構件來體現的，而且還在受扭構件中的受扭構件來體現。構件的延性，一般是通過梁延性來體現，相對屬于局部延性，如果梁柱的延性比較好，且具有較好的非彈性變形，那么它的承載力是不會明顯下降的。

在結構體系中的延性，一般是通過水平荷載來體現，以及頂層水平位移和層間的位移進行分析延性的。這種結構體系延性也因此叫做整體延性。不過，以上這四種延性不是單獨和孤立的，而是相互影響和相互關聯的。一個延性設計好的房屋，其構建延性也非常好，且這種延性較好的構件能夠再次形成有利的延性結構。例如，房屋建筑中的鋼材屬于一種延性材料，如果其鋼材的延性好，那么鋼材組件的有關鋼梁與鋼柱，以及鋼筋混凝土相對來說能夠組件成延性較好的鋼架材料結構。不過，這種情況是相對而言的，不是絕對性質的，如果一個房屋結構設計中，應用了很多延性好的材料，其在設計的其它階段，如鋼柱設計時不夠合理，或者是鋼梁的截面具有一定的不合理，這樣，也會得不到較好的延性結構。

因此，確定良好的延性構件，一定要考慮周全，保證整體結構的合理性，同時為延性的整體結構和體系做準備，這樣，才不會影響到抗震設計的總設計質量。

2 延性與砌體、混凝土結構中的設計分析

本文分析應用的是某地大地震情況，在地震中市區的大部分烈度在極震區，且烈度高達11 度，使得市區內的民用建筑全部倒塌，而相對于市區境內的工業建筑也只有10%沒有受到嚴重破壞，其他的90%都不同程度的受到嚴重破壞。在市區震前情況下，共有磚石房屋一共1209 幢，在地震中這些房屋受損的情況在986 幢破壞掉，而且有134 幢全部毀壞，而495 幢有部分的倒塌情況發生。這種情況下，我們可以看到砌體的結構對地震抗震設計的影響是多么的重要。

在砌體結構中，應加強強震防止倒塌的科學途徑，要求改變這種情況，改善砌體結構的延性。針對脆性砌體結構，主要是一些磚石結構，或者是沒有鋼筋的磚塊結構，這種結構的砌體，應該利用延性好的材料加以改善?？梢杂醚有暂^好的鋼筋網和鋼模板，或者利用延性比較好的纖維，如一些碳纖維或者是一些玻璃纖維。這些好的延性材料會直接對砌體產生作用，保證砌體的預應力，使得改善房屋砌體的延性。

對于構造柱的分析和改善，在砌體結構中如果有構造柱，可以提高砌體結構的抗震性能。在我國的發部分地區以及其他地方，采用這種砌體結構并加圈梁以及各種構造柱的情況很多，利用這種砌體結構，使得砌體周圍有一個良好的框架體系，使得結構在整體性的延性較好。

據有關專家實驗，利用單片墻的單向循環以及循環交替的側向力來進行靜力實驗，結果發現，其磚墻即便是配筋比較少的情況下，也能夠較大程度上改變砌磚脆性，并使得自身結構有良好的延性。

利用混凝土構筑進行砌體結構抗震加固，如果砌體的結構和垂直壓力比較大的情況，能夠將墻體初裂荷載得到提高，同時還可以提高墻體的破裂荷載。這時，鋼筋混凝土的脆性也就得到了加強，然后在強烈的垂直壓力作用下，使得砌體的砂漿強度也會相應的提高其等級，增強砌體初裂荷載，以及破壞荷載等。

因此，在設置相關鋼筋混凝土的構造柱的時候，或者是設置一些水平圈梁時，要注意剛度的情況，在剛度沒有變化時，其強度能夠提高至少55%，以及變形能力也能提高幾倍以上。

在延性和混凝土結構的設計中，應重視設計規范，保證對抗震設計的具體要求，并保證抗震結構的延性具體系數。在計算的時候一定要給予具體的措施和保障，這些措施主要是:

在構建設計的時候，要加強設計中的科學性，例如對強柱弱梁以及強節點弱桿件，以及其他的構建情況，在實際設計的時候，一定要注意結構的抗震設計，主要破壞屬于延性的破壞，而不是脆性破壞，這一點非常重要。

其次，在設計的時候，要注意限制構建截面的極限狀態，一般是受壓的相對高度，同時還有高強度的鋼筋等。在構件的配筋率等問題上，一定要將其限值減小，保證構件的配筋率限值科學合理，同時應相應加大鋼筋錨固長度。

3 延性設計在房屋結構抗震設計分析

在具體的房屋結構抗震設計中，要重視鋼筋混凝土的延性構件分析，在設計中要加強延性指標設計，對截面曲率延性要設計合理，針對構件位移延性，應按照相應的科學公示以及曲率延性，保證設計的科學性。從而確定出曲率延性和相關箍筋以及軸壓關系得到良好的調節。

在鋼筋混凝土的有關抗震設計中，其延性設計和塑性鉸也有著較高的聯系。具體來說，鋼筋混凝土的塑性鉸有幾種，主要是受壓鉸，還有一種屬于受拉鉸，就這些塑性鉸一般是在受壓和受拉情況下，才產生的塑性變形，這種情況一般發生于受彎和受壓構件中。具體的受壓鉸，主要是由于受壓混凝土的蘇興國變形而產生，發生這種情況一般是在小偏心受壓構件內，或者是出現在超筋受彎構件上。

由于這兩種受壓和受拉鉸的延性中，其有著不同的差別，且差別較大。相對于受拉膠的延性是比較良好的，且吸收能力較好，在抗震的作用下，能夠吸收較大的作用力，對構件的受拉鉸比較好。而受壓鉸在實際的應用中，應盡量的避免，一般是通過加密箍筋，或者是利用構件進行改變其形式，從而將構件形成一種約束機制，進而增加混凝土受壓塑性的變形等情況。

4 結語

綜上所述，在進行具體的探析延性設計中對房屋結構抗震設計應用時，一定要考慮到延性設計的兩個方向，要考慮延性的設計的確定性，以及延性的非確定性設計。在實際的設計中，要把握延性的指標，盡量將其具體化，然后對延性進行精確計算。使得房屋設計的抗震設計達到質量最優。

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