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摘要：在进行抗震设计的建筑中，结构的延性是确保框架结构抗震水平的关键，本文主要讨论了在结构设计中对钢筋混凝土框架结构延性的理解与保证措施及在实际工作中的应用。
关键词：框架结构体系；概念设计；抗震变形；塑性铰；轴压比
引言：地震引起的建筑物倒塌给人们带来的灾难数不胜数，而人命关天，这也使得结构设计对抗震能力的要求极为严格。作为一名结构设计人员，应通过科学设计，将混凝土框架结构设计成具一定承载能力、刚度和延性的结构。
一、延性结构的理解
延性是相对于脆性（一变形就破坏）而言的，是指结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。如果我们把整栋建筑看成一根悬臂梁，那么延性设计的内容就是把他设计成一根“适筋梁”。在地震力的作用下，使其在不失承载力的情况下具有一定的弹塑性变形能力。
二、影响结构延性的因素
通过对这一悬臂结构的水平受力和变形分析，我们不难发现：（1）结构的底部是弯矩和剪力最大处，容易产生薄弱部位；（2）结构沿竖向宜保持规则和连续；（3）梁柱节点塑性铰的形成是结构在一定变形下不发生破坏的重要因素。即首先应从整体概念上，对结构体系，平面与竖向结构布置加以分析，结构宜具有明确的地震作用传递途径、合理的刚度和承载力分布，有意识的控制薄弱部位使其有足够的变形能力且不使薄弱层转移，这是提高结构总体性能的有效手段。
从结构构件层面看，抗震措施是重要因素。《建筑设计抗震规范GB50011-2010》（以下简称抗规）对材料也有严格要求：如节点核心区砼不低于C30；严格控制钢筋的性能指标，从最本质上去减少结构的脆性。对于构造措施，抗规6.3节对柱，梁及核心区做了细致的要求。
三、钢筋混凝土框架结构延性抗震设计应用
延性设计的结构在立足于抵抗基本地震的基础上，向罕遇地震做抗争，达到阻止灾难性破坏发生的目的。框架结构应用广泛，因其布置灵活的优点常运用于公共的商业，办公楼建筑和多层住宅、别墅等；现就以嘉定新城C10-6、C14-2地块住宅商办项目28#商业楼为例，该项目抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第一组；场地特征周期为0.9s；地上3层加地下一层（为地下车库）的多层商业建筑，结构形式为框架，地下车库顶板为嵌固端。将保证结构延性性能的通用措施，总结为以下一些注意点。
1.结构体型与总体计算指标的控制
本结构为L形,见右图.在体型上对抗震不利，且层高不一，故设置防震缝将其分为三部分单独计算.采用弹性有限元分析程序Satwe进行计算，考虑扭转藕联,双向地震作用和偶然偏心，计算结果剪切刚度比,承载力比值均满足规范要求,薄弱层验算通过.地震作用下其最大层间位移与平均层间位移的比值考虑偶然偏心时均小于1.40。扭转藕连并考虑偶然偏心和双向地震作用（最上部分）计算结果如下：
扭转藕连周期（s） X向地震力作用下 Y向地震力作用下
T1
（s） T2
（s） T3扭
（s） 最大层间位移角 位移比（规定水平力） 基底剪重比（%） 有效質量系数（%） 最大层间位移角 位移比（规定水平力） 基底剪重比（%） 有效质量系数（%）
0.6989 0.6837 0.6146 1/ 925 1.02 7.01 100 1/ 744 1.21 6.44 100
2.控制塑性铰的位置
图1图2图3
强柱弱梁型框架是比较合理的破坏机制。各层柱子的屈服顺序先后错开，控制塑性铰的位置要注意几点：首先，在发生地震时，要使混凝土框架在遭遇外来力量损坏之前就已经产生一定的变形，结构中的塑性铰要出现在梁端，如图3就具备较好的抗震能力。因此，在设计中盲目加大梁支座配筋是既不经济又不安全的。塑性铰出现在梁跨中会发生框架局部破坏，如图1。其次，塑性铰出现顺序和位置保持一致。塑性铰出现在柱中，将无法修复甚至导致整个框架发生崩裂，如图2应避免。在设计中还应对节点核心区抗震验算。在设计中我习惯于将梁宽控制在250mm~350mm,宽扁梁端不但更易形成梁铰机制，而且不致使钢筋间距过密，排数过多，我相信为施工带来简便是最有效的质量保障。
3.控制轴压比
新抗规对框架柱的轴压比限值减小了0.05，这细微的改变影响到的是整个国家框架建筑的安全储备。一般轴力越大，柱子更容易处于表现为脆性的小偏压受力状态，在很大程度上影响柱子延性能力的发挥，控制轴压比可以确保柱的塑性变形能力，从而保证框架的抗倒塌能力。抗震设计中通常希望框架柱最终为大偏心受压破坏。由轴压比n=N/fcbh（1）知，加大柱截面或砼强度等级、改变传力路径，可以有效提高柱受压性能，转移柱所受的轴力。在《嘉定区马陆镇42-05地块住宅项目》的一个类似项目设计中，由于地下室顶板有1.5m厚覆土，且局部柱距达9.6m见方，引起地下室中柱
轴压比达0.93，我们还可以通过配置肢距不大于200的Ф12@100箍筋，来提高轴压比限值。
4.控制剪跨比
剪跨比大小与荷载作用下框架柱的破坏程度之间的关系分为两种：第一，当剪跨比大于二时，框架柱会发生延性较好的弯曲变化；第二，当剪跨比小于二时，即短柱，在水平荷载下产生剪切破坏。同时，受拉钢筋未屈服，在较大复合应力下，受压区的砼压溃，最终产生脆性破坏。该商业主要有三种情况形成的短柱，（1）底层多达11个楼梯间梯间通往二层楼面、（2）填充墙由于靠近柱位置开窗对其形成短柱，（3）由于建筑立面需要，局部女儿墙最高处达4.5m，故在女儿墙内设置了一层框架梁，形成出屋面局部短柱。楼梯是重要的逃生通道，因其特殊性不可避免地形成短柱，且数量很多，本设计中楼梯间四周柱子按二级抗震计算，同时构造上对所有短柱箍筋加强：沿柱高全长加密且控制体积配箍率不小于1.2%。在实际设计中应注重提高柱抗剪能力，使框架柱发生弯曲破坏，从而增加构件的延性。
5.合理布置柱端约束箍筋
一些实验数据表明，一旦箍筋配置的较少就会导致大面积的整体压溃，造成无延性破坏。全截面的箍筋不但可以使柱端核心区混凝土的约束加强，还可以提高混凝土的受压极限变形能力及受压混凝土的轴心抗压强度，能更有效的发挥柱端延性能力。在轴压比方面，也可以有效的发挥延性能力。
6.其他易忽视的细节与构造措施
本人体会主要有以下几点：（1）合适的梁柱截面尺寸和纵筋配筋率。如果构件截面较小，在箍筋没起作用时，框架构件容易过早出现脆性斜压式破坏，这时，箍筋数量再多也是浪费，因此在设计之前限制梁截面的平均剪应力，合适的纵筋配筋率可以防止小偏压破坏出现。（2）挑空柱、缺楼层梁地震力要按总刚计算，挑空柱的计算长度按实际2层作为计算长度，模型与实际保持一致。（3）框肢梁所对应的框支柱，其体积配箍率宜不小于1.6%（混凝土规范11.4.17条），纵筋配筋率不小于1.6%，箍筋应全长加密处理。（4）对于框架柱纵筋过密而排到2排的情况，柱有效高度与计算模型不符，应复核其配筋。（5）对配筋率大于3%的柱，箍筋应作特别要求（混凝土规范9.3.2.5条）。
四、结语
延性结构的设计，整体概念体系是首要决定性因素，构件抗震措施是细化补强手段，设计者应通过这两大因素，从总体到构件至节点使结构具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和耗能能力；防止剪切破坏先于弯曲破坏，混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋锚固粘结破坏先于钢筋破坏。通过层层控制的深化，审量结构的延性性能，实现抗震目标。
参考文献：
[1]汪梦甫,周锡元.高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究[J].土木工程学报.2013（11）
[2]杨仕升,郝效强,秦荣.钢筋混凝土框架结构抗震能力评估研究[J].地震工程与工程振动.2013（05）
[3]杨仕升,秦荣,赵小莲,谢开仲.建筑结构抗震能力评估技术的研究及应用[J].世界地震工程.2012（04）
[4]姜锐.钢筋混凝土框架结构在设防烈度和罕遇地震下的抗震设计及抗震性能研究[D].同济大学2013
关键词：框架结构体系；概念设计；抗震变形；塑性铰；轴压比
引言：地震引起的建筑物倒塌给人们带来的灾难数不胜数，而人命关天，这也使得结构设计对抗震能力的要求极为严格。作为一名结构设计人员，应通过科学设计，将混凝土框架结构设计成具一定承载能力、刚度和延性的结构。
一、延性结构的理解
延性是相对于脆性（一变形就破坏）而言的，是指结构、构件或构件的某个截面从屈服开始到达最大承载能力或到达以后而承载能力还没有明显下降期间的变形能力。如果我们把整栋建筑看成一根悬臂梁，那么延性设计的内容就是把他设计成一根“适筋梁”。在地震力的作用下，使其在不失承载力的情况下具有一定的弹塑性变形能力。
二、影响结构延性的因素
通过对这一悬臂结构的水平受力和变形分析，我们不难发现：（1）结构的底部是弯矩和剪力最大处，容易产生薄弱部位；（2）结构沿竖向宜保持规则和连续；（3）梁柱节点塑性铰的形成是结构在一定变形下不发生破坏的重要因素。即首先应从整体概念上，对结构体系，平面与竖向结构布置加以分析，结构宜具有明确的地震作用传递途径、合理的刚度和承载力分布，有意识的控制薄弱部位使其有足够的变形能力且不使薄弱层转移，这是提高结构总体性能的有效手段。
从结构构件层面看，抗震措施是重要因素。《建筑设计抗震规范GB50011-2010》（以下简称抗规）对材料也有严格要求：如节点核心区砼不低于C30；严格控制钢筋的性能指标，从最本质上去减少结构的脆性。对于构造措施，抗规6.3节对柱，梁及核心区做了细致的要求。
三、钢筋混凝土框架结构延性抗震设计应用
延性设计的结构在立足于抵抗基本地震的基础上，向罕遇地震做抗争，达到阻止灾难性破坏发生的目的。框架结构应用广泛，因其布置灵活的优点常运用于公共的商业，办公楼建筑和多层住宅、别墅等；现就以嘉定新城C10-6、C14-2地块住宅商办项目28#商业楼为例，该项目抗震设防烈度为7度（0.1g），设计地震分组为第一组；场地特征周期为0.9s；地上3层加地下一层（为地下车库）的多层商业建筑，结构形式为框架，地下车库顶板为嵌固端。将保证结构延性性能的通用措施，总结为以下一些注意点。
1.结构体型与总体计算指标的控制
本结构为L形,见右图.在体型上对抗震不利，且层高不一，故设置防震缝将其分为三部分单独计算.采用弹性有限元分析程序Satwe进行计算，考虑扭转藕联,双向地震作用和偶然偏心，计算结果剪切刚度比,承载力比值均满足规范要求,薄弱层验算通过.地震作用下其最大层间位移与平均层间位移的比值考虑偶然偏心时均小于1.40。扭转藕连并考虑偶然偏心和双向地震作用（最上部分）计算结果如下：
扭转藕连周期（s） X向地震力作用下 Y向地震力作用下
T1
（s） T2
（s） T3扭
（s） 最大层间位移角 位移比（规定水平力） 基底剪重比（%） 有效質量系数（%） 最大层间位移角 位移比（规定水平力） 基底剪重比（%） 有效质量系数（%）
0.6989 0.6837 0.6146 1/ 925 1.02 7.01 100 1/ 744 1.21 6.44 100
2.控制塑性铰的位置
图1图2图3
强柱弱梁型框架是比较合理的破坏机制。各层柱子的屈服顺序先后错开，控制塑性铰的位置要注意几点：首先，在发生地震时，要使混凝土框架在遭遇外来力量损坏之前就已经产生一定的变形，结构中的塑性铰要出现在梁端，如图3就具备较好的抗震能力。因此，在设计中盲目加大梁支座配筋是既不经济又不安全的。塑性铰出现在梁跨中会发生框架局部破坏，如图1。其次，塑性铰出现顺序和位置保持一致。塑性铰出现在柱中，将无法修复甚至导致整个框架发生崩裂，如图2应避免。在设计中还应对节点核心区抗震验算。在设计中我习惯于将梁宽控制在250mm~350mm,宽扁梁端不但更易形成梁铰机制，而且不致使钢筋间距过密，排数过多，我相信为施工带来简便是最有效的质量保障。
3.控制轴压比
新抗规对框架柱的轴压比限值减小了0.05，这细微的改变影响到的是整个国家框架建筑的安全储备。一般轴力越大，柱子更容易处于表现为脆性的小偏压受力状态，在很大程度上影响柱子延性能力的发挥，控制轴压比可以确保柱的塑性变形能力，从而保证框架的抗倒塌能力。抗震设计中通常希望框架柱最终为大偏心受压破坏。由轴压比n=N/fcbh（1）知，加大柱截面或砼强度等级、改变传力路径，可以有效提高柱受压性能，转移柱所受的轴力。在《嘉定区马陆镇42-05地块住宅项目》的一个类似项目设计中，由于地下室顶板有1.5m厚覆土，且局部柱距达9.6m见方，引起地下室中柱
轴压比达0.93，我们还可以通过配置肢距不大于200的Ф12@100箍筋，来提高轴压比限值。
4.控制剪跨比
剪跨比大小与荷载作用下框架柱的破坏程度之间的关系分为两种：第一，当剪跨比大于二时，框架柱会发生延性较好的弯曲变化；第二，当剪跨比小于二时，即短柱，在水平荷载下产生剪切破坏。同时，受拉钢筋未屈服，在较大复合应力下，受压区的砼压溃，最终产生脆性破坏。该商业主要有三种情况形成的短柱，（1）底层多达11个楼梯间梯间通往二层楼面、（2）填充墙由于靠近柱位置开窗对其形成短柱，（3）由于建筑立面需要，局部女儿墙最高处达4.5m，故在女儿墙内设置了一层框架梁，形成出屋面局部短柱。楼梯是重要的逃生通道，因其特殊性不可避免地形成短柱，且数量很多，本设计中楼梯间四周柱子按二级抗震计算，同时构造上对所有短柱箍筋加强：沿柱高全长加密且控制体积配箍率不小于1.2%。在实际设计中应注重提高柱抗剪能力，使框架柱发生弯曲破坏，从而增加构件的延性。
5.合理布置柱端约束箍筋
一些实验数据表明，一旦箍筋配置的较少就会导致大面积的整体压溃，造成无延性破坏。全截面的箍筋不但可以使柱端核心区混凝土的约束加强，还可以提高混凝土的受压极限变形能力及受压混凝土的轴心抗压强度，能更有效的发挥柱端延性能力。在轴压比方面，也可以有效的发挥延性能力。
6.其他易忽视的细节与构造措施
本人体会主要有以下几点：（1）合适的梁柱截面尺寸和纵筋配筋率。如果构件截面较小，在箍筋没起作用时，框架构件容易过早出现脆性斜压式破坏，这时，箍筋数量再多也是浪费，因此在设计之前限制梁截面的平均剪应力，合适的纵筋配筋率可以防止小偏压破坏出现。（2）挑空柱、缺楼层梁地震力要按总刚计算，挑空柱的计算长度按实际2层作为计算长度，模型与实际保持一致。（3）框肢梁所对应的框支柱，其体积配箍率宜不小于1.6%（混凝土规范11.4.17条），纵筋配筋率不小于1.6%，箍筋应全长加密处理。（4）对于框架柱纵筋过密而排到2排的情况，柱有效高度与计算模型不符，应复核其配筋。（5）对配筋率大于3%的柱，箍筋应作特别要求（混凝土规范9.3.2.5条）。
四、结语
延性结构的设计，整体概念体系是首要决定性因素，构件抗震措施是细化补强手段，设计者应通过这两大因素，从总体到构件至节点使结构具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和耗能能力；防止剪切破坏先于弯曲破坏，混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋锚固粘结破坏先于钢筋破坏。通过层层控制的深化，审量结构的延性性能，实现抗震目标。
参考文献：
[1]汪梦甫,周锡元.高层建筑结构抗震弹塑性分析方法及抗震性能评估的研究[J].土木工程学报.2013（11）
[2]杨仕升,郝效强,秦荣.钢筋混凝土框架结构抗震能力评估研究[J].地震工程与工程振动.2013（05）
[3]杨仕升,秦荣,赵小莲,谢开仲.建筑结构抗震能力评估技术的研究及应用[J].世界地震工程.2012（04）
[4]姜锐.钢筋混凝土框架结构在设防烈度和罕遇地震下的抗震设计及抗震性能研究[D].同济大学2013