2024年4月4日发(作者：铃木天语尚悦)

建材世界　２０１２年第３３卷第４期　

ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—６０６６．２０１２．０４．０２４　

延性钢筋混凝土框架结构的设计要点　

申　健　

（河南省安阳市建筑设计研究院，安阳４５５０００）　

摘　要：　该文从框架结构延性设计的重要性开始，探讨了结构延性的主要影响因素，并提出了一些框架结构延性　

优化设计方法和工程措施。　

关键词：　延性；框架结构；地震；优化设计　

Ｄｅｓｉｇｎ　Ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｄｕｃｔｉｌｅ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

Ｆｒａｍｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　

ＳＨＥＮ　Ｊｉａｎ　

（Ａｎｙａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ，Ａｎｙａｎｇ　４５５０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｆｉｒｓｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　

ｍａｉｎ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ，ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｏｍｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　

ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ；ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；ｏｐｔｉｍａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　

框架是框架结构中主要的抗侧力部件和竖向承重部件，地震工作及震害分析表明，要使框架结构具有较　

好的抗震性能，特别是罕见地震的作用下，不至于发生倒塌危及生命安全的严重破坏，首先要确定结构具有　

足够的延性［２］。在地震作用下，钢筋混凝土结构或构件的破坏可分为脆性破坏和延性破坏两种，其中脆性破　

坏的危害非常大，结构设计时一定要避免，而延性破坏是指构件承载力没有显著降低的情况下，经历较大的　

非线性变形后所发生的破坏，在结构破坏前能给人以警示，确保人员和财产安全。钢筋混凝土结构的各类构　

件应具有必要的强度和刚度，并具有良好的延性性能，力求避免构件的脆性破坏导致主体结构受力不合理及　

地震时出现过早破坏。因此，可以采取措施，做好延性设计，防止构件在地震作用下提前破坏，并避免结构体　

系出现不应有的破坏。　

１延性设计的重要性　

１９７６年唐山大地震和２００８年汶川大地震给人们带来的严重的危害和深刻的教训，对现代结构的抗震　

设计提出了更高的要求和期许。现阶段我国抗震设防的基本思想和原则是以“小震不坏，中震可修，大震不　

倒”的“三个水准”为抗震设防目标。为了实现结构的抗震设防目标，结构除了要有足够大的承载力和足够的　

刚度外，还对结构的延性和耗能能力提出较高的要求。建筑物设计时，如果建筑物在强震作用下仍呈弹性反　

应，将耗费大量的建材，造价昂贵不经济。若建筑物设计在强震作用下呈非线性反应，进入屈服状态后，结构　

的延性性能将耗散地震能量［３］，从而可以有效地度过灾难而不倒塌，建筑物的造价比前者大大降低。此外，　

在建筑物遇到意外超载、碰撞、爆炸和基础沉降等超过设计预计的内力和变形时，结构的延性也能保证结构　

不致于突然倒塌而威胁生命安全。　

在实际工程中延性结构的主要优点有：　

１）结构破坏前有明显预兆，破坏过程缓慢，确保生命安全，减少财产损失，因而可采用偏小的计算安全可　

收稿日期：２０１２—０６—１２．　

作者简介：申健（１９８１一），工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｌｏｗｎａａａａ＠１６３．ｔｏｍ　

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建材世界　

靠度。　

２０１２年第３３卷第４期　

２）对结构未计入的荷载，例如偶然超载，荷载反向，温度升高或基础沉降引起附加内力等，延性材料的优　

越变形能力可作为设计中未予考虑因素的安全储备，对其有较强的承受和抵抗能力。　

３）有利于实现超静定结构的内力充分重分布。延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力，　

形成塑性铰区域，产生内力重分布，从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计，得到有利的弯　

矩分布，使配筋合理，节约材料，而且便于施工。　

４）在承受动力作用（如振动、地震、爆炸等）情况下，能减小惯性力，吸收更大动能，降低动力反应，减轻破　

坏程度，防止结构倒塌以及有利于修复。　

５）延性结构的后期变形能力，可以作为各种意外情况时的安全储备。　

结构抗震的本质就是运用材料、构件的非线性性质，提高结构整体延性性能。以构件承受弯矩作用为　

例，随着荷载增加，裂缝首先在混凝土受拉区出现，产生非弹性变形，随后受拉钢筋屈服，混凝土受压区高度　

逐渐减小，受压区混凝土压碎，构件最终破坏。由此可见，在受拉钢筋屈服到受压区混凝土压碎的受力过程　

中，构件的承载能力并没有太大变化，其变形在逐步增大，表现出构件的延性特性。　

２结构延性的影响因素　

２．１纵向钢筋配筋率　

试验研究结果表明，当梁纵向受拉钢筋配筋率很高的情况下，所受的弯矩荷载达到最大值后，弯矩一曲率　

曲线随后会进入下降段；而当纵向钢筋配筋率较低时，弯矩达到最大值后，弯矩一曲率曲线能保持较长的水平　

段后再进人下降段，因而相当程度上提高了梁的延性和耗能的能力。从受力协调作用来看，当梁的纵向配筋　

率为平衡配筋率时，可同时发生纵向受拉钢筋屈服与压区混凝土压碎，可以很好的提高结构承载和延性变形　

能力。因此，采用合理的纵向受拉钢筋配筋率，可以保证构件具有足够的延性，同时在混凝土受压区配置受　

压钢筋，可以适当减少相对受压区高度，同样可以使构件延性得到改善。　

２．２横向钢筋　

在受压构件、压弯构件中，封闭式箍筋、螺旋筋等密排横向钢筋的配置，可以使混凝土的横向变形得到限　

制，从而使构件的承载力和极限变形能力提高，结构构件在极限荷载下延性性能增强。箍筋对构件延性的贡　

献，取决于箍筋的形式和体积配箍率。研究结果表明，不同形式的箍筋对核心区混凝土产生不同的约束作　

用。螺旋箍筋对核心区混凝土产生均匀分布的侧向压力，使混凝土处于三向受压状态，提高混凝土的承载力　

和变形性能，而矩形箍筋只对角隅处混凝土产生有效的约束，受荷后未得到有效约束的侧面混凝土有外凸的　

趋势，使得整体约束作用效果降低。因此，设置螺旋箍筋的构件较配有矩形箍筋的构件具有更好的延性。　

２．３构件的破坏类型　

般而言，可将混凝土框架结构中截面的破坏形态分为剪切破坏、弯曲破坏、大偏心和小偏心的受压破　

一

坏４种，而按受力特点可分受压破坏和受拉破坏２类。其中，弯曲破坏和大偏心受压破坏属于受拉破坏，剪　

切破坏和小偏心受压破坏属于受压破坏。受拉破坏，即由受拉钢筋屈服引起的破坏，受拉钢筋受力进入屈服　

阶段后形成塑性铰。由于形成了塑性铰，在截面达到承载力极限状态前，需要经历较大的塑性变形引起截面　

裂缝急剧开展和变形急剧增加，随后混凝土才达到极限压应变压碎，达到承载力极限状态，截面破坏阶段能　

给人以明显的破坏预兆，具有延性破坏的性质¨４　；受压破坏即是由受压混凝土压碎引起或斜截面控制的破　

坏，破坏过程中由于未形成塑性铰，不产生明显的塑性变形，结构破坏前不能给人以明显的预兆，带有一定的　

突然性和结果的严重性，具有脆性破坏的性质。因此，一般情况下截面出现受压破坏时，塑性变形小，结构延　

性差；而出现受拉破坏时，塑性变形大，结构延性好。　

３提高钢筋混凝土结构延性的措施　

３．１结构材料选取　

对于采用冷拉钢筋、高强钢筋（丝）和钢绞线等延伸率较低的预应力混凝土结构，可适当配置热轧非预应　

力钢筋，保证配筋指数不超过限制并适当提高箍筋的构造要求，结构的延性也能达到抗震要求。因此，为确　

保钢筋与混凝土的粘结，规范规定：一级抗震的框架结构所用混凝土强度等级不低于Ｃ３０，其它抗震等级时　

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混凝土的强度等级应不低于Ｃ２０，Ｃ６０和Ｃ６０以上的高强混凝土本身的韧性降低，对结构的延性不利。　

３．２轴压比限制　

在结构抗震设计中，应控制柱的轴压比不超过限值，使其发生大偏压破坏，并具有一定延性。规范规定：　

对于框架结构柱，一、二、三级抗震时，轴压比限值（此处的轴压比限值是指柱轴压力设计值与柱轴压承载力　

设计值的比值）分别为０．６５、０．７５、０．８５。　

３．３纵筋的构造要求　

为防止因纵向受拉钢筋过多导致在地震中梁产生粘结劈裂破坏，规范还规定｜Ｄ　≤２．５　Ａ。在地震作用　ｏ

下，应采用足够数量的钢筋贯通梁的上、下部，以弥补梁的反弯点变化难准确预计带来的影响，同时将梁的最　

小配筋率予以适当提高。为防止地震作用下，柱发生少筋脆性破坏和超筋粘结劈裂破坏，相应于一、二、三、　

四级抗震等级柱的纵向配筋率分别不得少于１．Ｏ　、０．８　Ａ、０．７　、０．６　ｏ９／５，角柱的限值相应提高０．１　９／５，并柱　

的最大纵向钢筋间距不超过２００　ｍｍ。　

３．４箍筋的构造要求　

对于一级抗震的角柱，在地震作用下可能会产生扭转；当Ｈ　小于４时，框架柱可能产生剪切破坏，这　

两种情况需要在全长加密箍筋。可见，箍筋的构造规定是保证“大震不倒”设计目标实现的最重要的工程措　

施。　

４结论　

钢筋混凝土结构的各类构件应具有必要的强度和刚度，并具有良好的延性性能，避免构件的脆性破坏，　

从而导致主体结构受力不合理，地震时出现过早破坏。因此，可以采取措施，做好延性设计，防止构件在地震　

作用下提前破坏，并避免结构体系出现不应有的破坏。结构抗震的本质就是提高结构延性以增加结构抗震　

潜力，增强结构的抗倒塌能力。在结构抗震设计中，有效利用结构的弹塑性变形能力来耗散地震能量，减轻　

地震作用下结构的反应，可将钢筋混凝土框架结构进行延性设计，提高结榭陛能。　

参考文献　

［１］南喜涛，高文妹．钢筋混凝土框架结构延性设计的新发展ＦＪ］．天水师范学院学报，２００１，２１（２）：２５—２７．　

Ｅ２３胡岩．浅谈框架结构的延性设计ＥＪ］．彭城职业大学学报，２００３，１８（５）：４－６．　

［３］李有香．钢筋混凝土框架结构耗能机理与延性设计［Ｄ］．合肥工业大学，２００２：１７—５０．　

［４］李平昌，雷汲川．钢筋混凝土结构抗震的延性设计［Ｊ］．四川建筑，２００４，２４（２）：５３—５４．　

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