张文魁

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，且具有足够塑性变形能力的一种性能。如结构(或构件，甚至材料)超越弹性极限后直至破坏所能产生的变形量大，即称它的延性好。如超越弹性极限后随即破坏，则表示其延性性能极差，就称它为脆性。延性通常包括截面延性、构件延性和结构延性三个层次。非抗震结构设计时，要求结构在规定荷载作用下处于或基本处于弹性工作阶段(即结构设计要有足够的强度，保证安全，又要有足够的刚度，保证变形在允许的范围内)。而抗震设计时，由于地震本身随机性很强，某地区在设计基准期内可能出现的最大地震强度无法事先预知，相对于其他荷载地震影响次数少，作用时间短，强度差异大，若要求各种地震强度下结构都处于弹性工作阶段是很不经济的，也是不可能的。这是抗震设计的基本思想。根据这一基本思想，GB 50011-2010建筑抗震设计规范(以下简称《抗规》)规定了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。建筑结构延性是实现“中震可修、大震不倒”的重要手段。

为了增强结构在遭遇中震破坏较小可修和大震时不致倒塌或发生危及生命的严重破坏的能力，结构应具有较高的延性。通过耗能使结构振动迅速衰减是提高结构抗震性能的重要问题。对结构延性的要求具体体现在对构件延性的要求上。特别是要提高结构中关键构件和构件中的关键部位的延性。关键构件是指薄弱层的竖向构件、房屋周边转角处的构件、作为耗能元件的构件(如联肢剪力墙中的连梁)等，关键部位是指框架梁柱的两端、剪力墙的底部加强部位等。

一般采用下列措施来提高延性:

1)限制竖向构件的轴压比。竖向构件的延性对防止结构的倒塌至关重要。轴压比是影响钢筋混凝土竖向构件延性的主要因素之一。试验研究表明，钢筋混凝土柱和剪力墙的变形能力随着轴压比的增加而明显降低。《抗规》对抗震等级为一级、二级、三级的框架柱和抗震等级为一级、二级的剪力墙底部加强部位的轴压比进行了限制。框架柱的初始截面尺寸常常根据轴压比的限值进行估算。

2)限制梁受压区高度。对于钢筋混凝土框架梁，在其受压区配置一定数量的纵向钢筋可减小梁截面的受压区高度，增强梁端的转动能力，从而提高框架梁的延性。

试验研究表明，当梁截面的受压区相对高度在0.2～0.35时，梁的曲率延性系数可达4左右。

3)控制构件的破坏形态。调整增大剪力设计值，避免剪切破坏先于弯曲破坏。构件的破坏机理和破坏形态很大程度上决定了其变形能力和耗能能力。弯曲破坏属于延性破坏，而剪切破坏属于脆性破坏，发生弯曲破坏的构件的延性远远高于发生剪切破坏的构件。因此控制构件的破坏形态，可以从根本上控制构件的延性。目前，在钢筋混凝土抗震构件的设计中采用“强剪弱弯”的原则，即采用增大剪力设计值和增加抗剪箍筋的方法来提高构件的受剪承载力，并且通过控制截面上的剪应力(剪压比)，来避免过早发生剪切破坏。

4)加强箍筋，避免混凝土的压溃先于纵筋的压屈。在梁端塑性铰区(约为梁高的1.5倍～2.0倍)配置加密的封闭箍筋(间距小于纵筋直径的6倍～8倍)可以提高该范围内混凝土的极限压应变，并可防止塑性铰区内的受压纵筋被过早压屈，还可防止发生剪切破坏，从而保证梁有较大的延性。实际震害表明，钢筋混凝土框架柱，在地震反复作用下，柱端的保护层往往首先剥落，若无足够的箍筋约束，纵筋就会向外胀出。箍筋对柱核心区混凝土也具有较强的约束作用，提高配箍率可以显著提高混凝土的极限压应变，从而提高柱的延性。此外，柱箍筋的形式对其变形能力也有较大的影响，根据日本的实验报告，在柱截面、纵筋、配箍率、箍筋间距、箍筋肢距、混凝土强度等级和轴压比均相同的情况下，采用连续复合螺旋箍的柱比采用一般复合箍筋的柱，极限变形提高25%。采用螺旋箍、复合螺旋箍也可显著提高柱的极限变形能力。

5)设置墙端边缘构件。对于钢筋混凝土剪力墙，在墙两端部设置边缘构件(暗柱、明柱、翼柱)，将墙体竖向钢筋的大部分配置于两端边缘构件内，能提高剪力墙的受弯承载力，在边缘构件内配置足够数量的横向箍筋，可以防止裂缝贯穿墙面，使剪力墙的变形能力有较大的提高。另外，剪力墙的塑性铰一般出现在底部，加强剪力墙底部的构造能保证剪力墙底部的延性。

6)加强钢筋锚固，避免钢筋的锚固粘结破坏先于构件破坏。在较强的地震作用过程中，梁、柱端截面和剪力墙肢底部截面中的纵向受力钢筋可能处于交替拉、压的状态。根据实验结果，这时钢筋与其周围混凝土的粘结性能将比单调受拉时不利。因此，根据不同的抗震等级给出了增大钢筋受拉锚固长度的规定。受拉钢筋搭接长度也相应增大，以保证足够的延性。

7)加强节点，避免节点破坏先于构件破坏。

8)对预埋件应避免锚固破坏先于连接件破坏。

9)对预应力混凝土抗侧力构件，预应力筋宜在节点核心区以外锚固，并应配置足够多的非预应力钢筋。

10)对钢结构应合理控制尺寸，避免局部失稳或整体失稳。

11)重视材料选择，混凝土强度不宜过低也不宜过高;纵筋宜选用HRB400级和HRB335级热轧钢筋;箍筋宜选用HRB335，HRB400和HPB235级热轧钢筋;钢材宜选用Q235等级C，D的碳素结构钢及Q345等级C，D，E的低合金结构钢，对焊接结构，当钢板厚度不小于40 mm且承受沿板厚方向的拉力时，板厚方向截面收缩率尚不应低于Z15级。

12)钢纤维混凝土的应用。钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入少量(体掺率1%～2%)乱向钢纤维形成的一种复合材料。钢纤维混凝土具有较高的抗拉、抗裂和抗剪强度，良好的抗冲击韧性和抗地震延性。所使用的钢纤维有圆直钢纤维、剪切钢纤维、熔抽钢纤维和末端带弯钩的钢纤维，横截面有圆形、矩形和月牙形，规格有0.55 mm×41 mm和0.3 mm×0.6 mm×32 mm等多种，当量长径比为50～75。影响钢纤维混凝土性能的主要因素是钢纤维的直径、长径比和外形。

13)型钢混凝土的应用。型钢混凝土(SRC)结构是把型钢(S)置入钢筋混凝土(RC)中，使型钢、钢筋(纵筋和箍筋)、混凝土3种材料元件协同工作以抵抗各种外部作用效应的一种结构。它是钢—混凝土组合结构的一种形式，其截面组成特征是型钢钢筋混凝土的钢材全部被包在混凝土内部，型钢与钢筋骨架的外面有一层混凝土外壳。同传统的钢结构相比，这种结构有更大的强度和刚度，更好的局部和整体稳定性，防腐性和防火性能好，节约钢材。同钢筋混凝土结构相比，这种结构承载能力大、刚度大、抗震性能好，尤其在大跨、超高层、重载的建筑结构中，较单独采用钢筋混凝土结构有更好的适用性，可以减小构件截面，增大使用空间。

[1]GB 50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[2]丰定国.工程结构抗震[M].北京:地震出版社，2009.

[3]JGJ 3-2002，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4]陈富生.高层钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社，2010.

[5]李 静，言 景，杨 虹.浅谈结构的优化设计[J].山西建筑，2010，36(4):84-85.