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。
4 结语
综上所述,在进行具体的探析延性设计中对房屋结构抗震设计应用时,一定要考虑到延性设计的两个方向,要考虑延性的设计的确定性,以及延性的非确定性设计。在实际的设计中,要把握延性的指标,尽量将其具体化,然后对延性进行精确计算。使得房屋设计的抗震设计达到质量最优。
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