浅述钢筋混凝土结构抗震延性设计摘要：抗震设计是结构总体设计的重要部分，是结构选型优化的重要依据。

本文阐述了钢筋混凝土结构的部分抗震设计要点，重点探讨了增加结构局部延性的设计构造措施。

关键词：抗震；延性；构造
一、结构抗震延性设计概述及要点
结构延性是指钢筋混凝土构件和结构在屈服开始到达最大承载力或者承载能力还没有明显下降期间的塑性变形能力。

提高延性可以增加结构抗震潜力，增强结构抗倒塌能力。

抗震结构的延性计算复杂，一般实际工程不会具体计算，但是会通过一些加强措施保证结构的延性。

抗震延性设计要点主要包括：保证结构体系受力明确，地震作用传递途径合理；结构布置时应尽量避免部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对使用荷载的承载能力；结构应具备必要的抗震承载力(如抗剪、压、扭能力)、良好的变形能力(如塑性)和消耗地震能量的能力(具有好的延性及阻尼)；对于结构的薄弱部位应采取有效的措施予以加强；具有多道抗震防线；结构平面上两个主轴方向的动力特性宜相近具有合理的刚度和强度分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑形变形集中。

抗震结构的各类构件之间应具有可靠的连接。

抗震结构的支撑系统应能保证地震时结构稳定。

非结构构件(维护墙、隔墙、填充墙等)要采取合理的抗震构造措施。

二、增加钢筋混凝土结构延性的设计措施
（一）梁柱框架截面设计
在地震作用下，梁端塑性铰区混凝土保护层容易剥落，故梁截面宽度过小则截面损失比例较大，所以一般框架梁宽度不宜小于200mm;同时为了提高节点剪力、避免梁侧向失稳及确定梁塑性铰区发展范围，分别要求梁宽不宜小于柱宽的1/2、梁的高宽比不宜大于4、梁的跨高比不宜小于4，以确保框架梁中箍筋对混凝土的有效约束。

为保证框架柱有足够的延性，框架柱的截面尺寸在两个主轴方向刚度相差不宜太大，长宽比不宜大于3；应避免过早出现斜裂缝导致剪切破坏，剪跨比宜大于2；柱截面的宽度和高度，四级或不超过2层时不
宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于400mm；圆柱的直径，四级或不超过2层时不宜小于350mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于450mm，以满足抗震构造要求。

（二）限制柱轴压比与纵筋配筋率
柱轴压比n是指柱的轴向压力设计值N与柱的混凝土强度设计值fc和柱截面面积A的成积的比值。

轴压比对压弯构件延性的影响主要表现在两个方面：一是轴压比和混凝土极限压应变的关系，压弯构件随着轴压比的不同，截面的应变分布明显不同，低轴压比时截面的应变分布如同受弯构件，应变梯度较大。

二、约束混凝土的极限变形能力还与配箍率有关，混凝土的约束程度越高，极限变形能力越大。

因为影响构件延性的主要因素是轴压比，尤其是在高轴压比情况下，在水平荷载施加之前，柱子己经产生了较大的预压应变。

预压应变降低截面的塑性转动能力，使构件的延性变差，所以轴压比限值不能定的过高。

通过对柱轴压比的限值希望框架柱在地震作用下柱子处于大偏心受压的弯曲破坏状态，从而保证框架柱不致发生脆性破坏。

框架柱最小纵筋配筋率限制值应按《混凝土结构设计规范》第11.4.12条要求，避免少筋破坏，保证柱具有较好的塑性。

配筋过多的柱在长期受压混凝土徐变后卸载，钢筋弹性恢复会在柱中引起裂缝，并会导致梁柱节点施工困难，难以保证最终质量，因而柱纵向钢筋总配筋率要符合最大限值5%的要求，以避免产生超筋破坏。

（三）箍筋的设置
增加横向钢筋能提高构件抗剪能力，加密箍筋间距“约束”混凝土，提高延性，由于梁的塑性铰发生在梁端，该处箍筋应加箍筋相对纵筋来讲所占比例较小，可以考虑用HRB335或HRB400钢箍。

在地震力反复作用下，柱端钢筋保护层往往先碎落并发展距柱端1-1．5倍柱宽范围，如果箍筋不足，纵筋会被压曲，柱易破坏，而加密箍筋可提高构件及截面的延性和抗震能力，因此，必须在柱端等易破坏部位加密箍筋；同时为避免非加密区抗剪能力突降，最小箍筋量要控制在加密区的50％以上，箍筋间距和最小直径限值是为了避免纵向受力钢筋被压曲，柱箍筋末端采用135º弯钩及保证大于10d长度弯后直线段，这样可让直线钢筋埋入核心区内，防止柱受压时混凝土保护层碎落使箍筋断开。

（四）梁柱节点区钢筋
在设计延性框架时，应使梁柱相交的节点区不过早破坏，其主要措施是在节点区配置箍筋，同时，在施工阶段保证节点区混凝土密实性也是十分重要的。

梁柱节点区的剪力大小与梁端、柱端内力有关。

抗震设计时应当要求在梁端出现塑性铰以后，节点区仍不出现剪切破坏。

因此节点区剪力设计值可由梁端达到屈服时平衡条件计算。

在设计时，除9度设防结构及一级抗震的纯框架梁柱节点以外，一、二级抗震的梁柱节点核心区剪力设计值可以用节点左、右两边梁的设计弯矩计算，公式如下：
.
式中—柱的计算高度，可取上、下柱反弯点之间的距离；—节点剪力增大系数，一级取1.35，二级取1.2；——节点左右梁端反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和，取二者中的较大值。

梁、柱截面尺寸及混凝土等级为已知，在求出值后，即可求出所需的箍筋数量，节点区箍筋不能小于柱端部箍筋加密区配置的箍筋数量。

式中N—对应于组合剪力设计值的上柱组合轴向力设计值。

当N为轴向压力时，不应大于；当N为拉力时，应取为零；
—正交梁的约束影响系数，当现浇楼板中节点四面有梁，且梁与柱中线重合梁宽不小于柱宽的1/2，次梁高度不小于主梁高度的3/4时，，其他情况取；
、—分别为节点区截面有效宽度及高度，一般情况下取柱截面宽及高；
—节点区在同一截面中箍筋面积总和； s—节点区箍筋间距。

三、四级抗震的框架结构中，节点区不需进行抗剪验算，而是按构造要求配置箍筋，抗震设计时其间距和钢箍直径应与柱端箍筋加密区相同，非抗震设计时也应与柱内箍筋配置相同。

2．节点区钢筋锚固与搭接
框架梁柱纵向受弯钢筋在节点区的锚固与搭接需要仔细设计，并注意施工质量，它们往往是容易被忽视而酿成事故的部位。

特别是在抗震结构中，因为地震在短时间内反复作用于结构，钢筋和混凝土之间的粘结力容易退化，梁端和柱端又都是塑性铰可能出现的部位，塑性铰区裂缝多，如果锚固不好，会使裂缝加大，混凝土更易碎裂，抗震设计要求的锚固与搭接长度要比非抗震设计时大。

（五）强柱弱梁框架整体设计
延性框架在满足规范设计构造要求外还应设计成强柱弱梁框架。

由图1(a)可见，如梁端出现塑性铰，则数量多但结构不至形成几何可变体系；由图1(b)可见，如果在同一层柱上下端出现塑性铰，该层结构将不稳定而倒塌，抗震结构应绝对避免这种薄弱层。

柱是压弯构件，轴力大，其延性不如受弯构件；而且作为结构的主要承重构件，柱子破损不易修复，也容易导致结构倒塌，将引起严重后果，因此，延性框架应设计成强柱弱梁结构。

图1 框架塑性铰部位(a)梁端塑性铰；(b)柱端塑性铰
三、结语
本文主要通过对结构设计规范的理解，重点论述了钢筋混凝土结构或构件抗震设计中对结构延性设计的思考。

参考文献：
[1] 费文思. 对钢筋混凝土建筑抗震设计的几点思考[J]. 铁道建筑技术.2010
[2] GB50010-2010 混凝土结构设计规范[S].北京.中国建筑工业出版社. 2010
[3] GB50011-2010 建筑抗震设计规范[S].北京.中国建筑工业出版社. 2010
[4] 汪其兵. 钢筋混凝土框架柱的抗震延性设计［J］. 安徽水利水电职业技术学院学报, 2009。