9 第四章 钢结构的延性设计

第四章抗震性能设计4.2b 综述适用于钢构件、钢节点、钢连接的几种滞回模型和损伤指数。

（重点阐述有关钢结构的内容)答：1、滞回模型（1）钢构件的滞回模型：a、轴心受力构件反复荷载作用下轴心受力钢构件滞回模型b、受弯构件反复荷载作用下受弯钢构件的滞回模型c、钢板反复荷载作用下受弯钢构件板的滞回模型（2）钢连接的几种滞回模型线性模型非线性模型（3）钢节点的滞回性能模型反复荷载作用下受弯钢节点的几种滞回模型2、损伤指数综述为了定量描述结构防止在地震中倒塌的安全度，提出了损伤指数的概念。

对结构在其寿命周期内所能承受的地震破坏总量的预测由损伤指数(Damage Index)控制，而损伤指数由刚度、强度和延性确定。

对于其中的延性而言，损伤指数分别从构件级别、楼层级别和整体结构级别代表了塑性铰的塑性转动能力。

（1）构件损伤指数可以由所需塑性转动能力和可提供的塑性主动能力之间的比值计算得出。

a dm I θθ/r（2）楼层损伤指数代表了楼层抵御地震破坏的能力：（3）整体损伤指数描述整个结构的损伤指数，包括地震作用下的结构整体性能。

4.3c综述屈曲约束支撑(无粘结支撑、防屈曲支撑)的特点、类型、设计要点以及国内外最新研究进展和工程应用现状。

答：1、特点在普通支撑外部设置套管，约束支撑的受压屈曲，构成屈曲约束支撑。

屈曲约束支撑仅芯板与其他构件连接，所受的荷载全部由芯板承担，外套筒和填充材料仅约束芯板受压屈曲，使芯板在受拉和受压下均能进入屈服，因而，屈曲约束支撑的滞回性能优良。

.屈曲约束支撑与普通支撑滞回性能对比优点：（1）承载力与刚度分离普通支撑因需要考虑其自身的稳定性，使截面和支撑刚度过大，从而导致结构的刚度过大，这就间接地造成地震力过大，形成了不可避免的恶性循环。

选用防屈曲支撑，即可避免此类现象，在不增加结构刚度的情况下满足结构对于承载力的要求。

（2）承载力高抗震设计中，普通支撑和屈曲约束支撑的轴向承载力设计值为：（3）延性与滞回性能好屈曲约束支撑在弹性阶段工作时，就如同普通支撑可为结构提供很大的抗侧刚度，可用于抵抗小震以及风荷载的作用。

探讨钢筋混凝土结构抗震延性设计前言所谓的结构延性是指构件和结构在屈服后，具有承载力不降低或者基本不降低，且具有足够塑性变形能力的一种性能。

延性结构在地震中，尤其是大震中，将进入塑性阶段而产生较大变形，从而吸收地震能量，以提高结构的抗震能力，避免结构发脆性破坏，进而防止出现无征兆的倒塌。

下面主要就钢筋混凝土结构的抗震延性设计进行分析。

一、钢筋混凝土结构延性性能所谓延性是指结构构件或截面受力超过弹性阶段后，在承载力无明显变化的情况下的后期变形能力，即最终破坏之前经受非弹性变形能力。

换而言之，延性实质上是材料、截面、构件或结构保持一定的强度或承载力的塑性变形能力。

延性的大小用延性系数度量：μ=δ u/δ y，式中δ——构件的应变、截面的曲率、构件和结构的转角或位移；δ u 为屈服值，δ y 为极限值。

材料延性是指材料的塑性变形能力，可用材料的本构关系特征参数来定义：μ C=ε U/ε Y，式中ε U 为材料的屈服应变，ε Y 为材料强度没有显著降低时的极限应变。

截面曲率延性。

以弯曲变形为主的构件进入屈服阶段后，塑性铰的转动能力与单位长度上苏醒转动能力，即转动能力的曲率延性直接相关。

曲率延性系数的计算式为：μ准=准u/准y 式中：准u，准y——分别为截面屈服曲率和极限曲率。

在抗震设防地区都应当将钢筋混凝土框架结构设计成延性结构。

这种结构经过中等烈度的地震作用后，加以修复仍可继续使用，在强地震下不至于倒塌，从而保证人们的生命安全。

结构延性在建筑抗震中有以下三点作用：实现塑性内力重分布；防止结构发生脆性破坏；承受非地震作用的偶然荷载。

二、影响钢筋混凝土结构延性因素箍筋的构造要求。

沿梁的纵向配置封闭的箍筋不但能防止脆性的剪切破坏，还可以对受压区混凝土起约束作用。

受到约束的混凝土，其极限压应变能提高。

箍筋布置得越密，直径越粗，其约束作用越大，对构件的延性提高也越大。

特别是超筋情况，箍筋对延性的影响就更显著。

钢筋屈服强度和纵向钢筋配筋率。

钢结构期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 钢结构的主要优点是（）。

A. 强度高B. 刚度大C. 重量轻D. 所有选项都是答案：D2. 钢结构设计中，以下哪项不是钢材的主要性能指标？（）A. 屈服强度B. 抗拉强度C. 抗剪强度D. 弹性模量答案：C3. 钢结构连接方式中，不属于焊接连接的是（）。

A. 电弧焊B. 电阻焊C. 螺栓连接D. 激光焊答案：C4. 在钢结构设计中，荷载组合应遵循的原则是（）。

A. 同时作用B. 独立作用C. 交替作用D. 随机作用答案：A5. 钢结构的稳定性设计主要考虑的是（）。

A. 材料的强度B. 结构的刚度C. 结构的稳定性D. 连接的可靠性答案：C二、填空题（每空2分，共20分）6. 钢结构设计中，钢材的屈服强度通常用符号________表示。

答案：σy7. 钢结构的连接方式主要有________、焊接和螺栓连接。

答案：铆接8. 钢结构的防火设计中，常用的防火材料有________、膨胀型防火涂料和防火板等。

答案：岩棉9. 钢结构的抗震设计中，常用的抗震措施包括设置________、增加结构的延性等。

答案：隔震支座10. 在钢结构的施工过程中，焊接质量的检查通常采用________。

答案：无损检测三、简答题（每题10分，共30分）11. 简述钢结构设计中的主要荷载类型及其特点。

答案：钢结构设计中的主要荷载类型包括永久荷载（如自重）、可变荷载（如风荷载、雪荷载、活荷载等）、偶然荷载（如地震荷载、爆炸荷载等）。

永久荷载是结构自重，是设计中必须考虑的基本荷载。

可变荷载是随时间变化的荷载，对结构的影响较大，需要进行合理的组合和计算。

偶然荷载是突发性的荷载，对结构安全影响极大，需要采取特殊的设计措施。

12. 钢结构的连接方式有哪些，各有什么特点？答案：钢结构的连接方式主要有焊接、螺栓连接和铆接。

焊接连接具有较高的连接强度和刚度，但焊接质量受焊接工艺影响较大。

钢筋混凝土框架抗震结构延性设计在众多建筑结构体系中，较为常见也是比较基础的结构体系即是在施工过程是使用最多的钢筋混凝土框架结构。

既然无论在理论还是实践的过程中，钢筋混凝土都受到施工的青睐，那么它的发展基础更是实施的根基，它的发展基础是什么呢，即是钢筋混凝土框架结构的延性设计，是指框架结构进入破坏阶段后，在承载能力没有显著下降的情况下塑性变形的能力，换言之，框架结构体系的延性反映的是框架结构后期的塑性变形能力。

脆性破坏和延性破坏是钢筋混凝土框架结构体系的两大分支。

他们有着本质的不同，首先脆性破坏顾名思义，破坏来得突然，没有预警，造成的损失和危害非常大，所以设计时必须要避免脆性破坏，这种不可预测的危害只能在设计时提出，以免留下后患；而延性破坏是指构件经历很大的非线性变形后所发生的破坏，在破坏前能给人以警示，让人们能有一定的时间躲避危险。

这种情况是规范规定的设计破坏类型，在钢筋混凝土框架结构设计中要通过钢筋混凝土框架结构延性设计来确保钢筋混凝土框架结构在超载时发生延性破坏。

一、钢筋混凝土框架结构延性设计的重要性地震是以波的形式，以震源为中心向周期迅速扩散传播，通过建筑我周边的岩土和建筑物的地基来影响建筑物的上部结构导致激烈的变形。

而建筑结构往往在地震来临时产生一定的运动例如位移、速度、加速度，导致结构内部发生很大的震动和变形，当来自地基的影响使建筑物的结构中的材料和构件承受了最大的极限，建筑物结构将出现各种不同程度的破坏，例如混凝土裂缝，局部的破损，整体结构倾斜，甚至倒塌等等。

所以在建筑物结构设计时必须增大框架结构的延性，以保证地震來临时，材料和构件能够承受更大的震动和变形，以地震带来的损失。

目前，我国建筑抗震设计的理念仍是：小震不坏，中震可修，大震不倒。

建筑抗震设计规范已经在2010年修订时引入了抗震性能化设计。

虽然建筑抗震性能化设计已经成为我国建筑抗震设计发展趋势，但是，结合我国目前经济发展程度，在实际工程中仍然采用地承载力、高延性设计的方法来实现我国的抗震目标。

第四章钢结构延性设计1. 引言钢结构在工业、民用和桥梁等方面的应用越来越广泛，钢材的高强度、耐久性以及施工快捷等优点使得其成为一种常见的结构材料。

但是，由于钢的弹性模量高、刚度大，在受到外部载荷作用时，易于发生零点扭转、局部失稳等屈曲形态，其缺乏剪切强度以及变形能力也带来了结构损坏的风险。

为了保证钢结构的安全性能，提高其抗震、抗风、抗振能力，延性设计成为了现代钢结构设计中不可或缺的一部分。

2. 延性设计的概念延性是描述结构弹性阶段过渡到强度破坏阶段时的变形能力大小的一个指标。

钢结构的延性设计，就是对结构在弹性阶段发生位移的同时，要求其能够产生足够多的塑性变形以吸收能量，从而在承载能力发生下降的同时，保证整个结构的稳定性。

在设计过程中，需要根据结构的实际使用环境和功能需求，针对不同的荷载、流体力学、非线性材料和动力学等因素进行综合分析，制定不同的延性设计标准和方案，确保钢结构在设计寿命内稳定可靠地工作。

3. 钢结构延性设计的方法钢结构延性设计是一个涉及多个因素的复杂过程，需要从结构设计、材料选择、施工等方面综合考虑。

常用的延性设计方法包括以下几种：3.1 静力弹塑性分析法静力弹塑性分析法是利用结构抗力特性曲线的非线性特性进行结构分析的一种方法。

该方法通过建立结构刚度与位移的函数关系，预测结构在各种荷载作用下的变形和受力状态，并通过荷载位移曲线来分析结构变形状态的稳定性和能量吸收能力。

静力弹塑性分析法能够在充分考虑结构塑性变形的同时，确保结构的稳定和承载能力，被广泛应用于大型钢结构延性设计中。

3.2 等效静力法等效静力法是将结构地震作用下的动力响应等效为相应的静力作用，进而应用静力分析方法进行结构分析的一种方法。

该方法根据结构的抗震能力，将输入地震波分解为不同频率段以及不同振动模态的静力作用，以此建立结构的静力刚度方程，分析结构静力响应和塑性变形状态的稳定性和能量吸收能力。

等效静力法具有计算简便、便于实用和设计和改进的优点，被广泛运用于中小型钢结构地震设计中。

钢筋混凝土框架结构的延性设计分析引言钢筋混凝土框架结构广泛应用于建筑工程中，具有较强的抗震性能。

而延性作为结构的一个重要指标之一，对于保证结构在地震荷载下具有较好的性能至关重要。

本文将对钢筋混凝土框架结构的延性设计进行分析，包括延性的概念和重要性、延性设计的方法与原则等内容。

一、延性的概念和重要性延性是指结构在超过弹性阶段后，仍能继续变形并能对震动能量进行吸收和耗散的能力。

具有较好延性的结构可以在地震发生时发生弹塑性变形，将地震能量分散到整个结构中，降低震害程度，保护人员的生命安全。

延性的设计目标是确保结构在剧烈振动中不发生破坏，并能恢复到震前状态。

因此，延性设计在抗震设计中的重要性不言而喻。

二、延性设计的方法与原则1.选用合理的构件形式：合理的构件形式可以提高结构的延性。

例如，在地震力作用下，剪力墙、框架柱等构件具有较好的延性，可以通过适当增加构件尺寸或设置加劲梁、剪力墙等来提高结构的延性。

2.合理选择材料：材料的性能直接影响结构的延性。

需要合理选择混凝土和钢筋的等级和数量，以确保在弯剪承载力下，结构能够实现一定的延性要求。

3.设计适当的屈服形态：结构的变形形态对其延性有重要影响。

通过合理设计构件的屈服形态，如屈服机构或软肢连接等，可以使结构在地震作用下产生一定的塑性变形。

4.合理设计剪力墙开孔或剪力墙梁空挑：通过剪力墙开孔或剪力墙梁空挑的设计，可以提高结构的延性。

剪力墙开孔或剪力墙梁空挑的设置应满足结构刚度和强度的要求，同时考虑到结构延性的需要。

5.增加结构的耗能能力：通过合理设置耗能装置，如阻尼器、剪力墙分段等，可以提高结构的延性。

耗能装置能有效吸收震动能量，减小结构应力和变形。

三、实例分析以一座居住建筑的钢筋混凝土框架结构为例进行延性设计分析。

通过对该建筑的结构形式、构件形态、材料等进行合理设计，提高结构的延性。

1.结构形式：选择合适的框架结构形式，确保结构整体稳定。

2.构件形态：增加主要构件的尺寸，如增加柱截面尺寸和加劲梁的设置，提高结构的抗震性能和延性。

钢筋混凝土结构构件的延性设计摘要：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。

关键词：钢筋混凝土结构构件延性设计1 前言在现代房屋结构设计中，延性研究越来越显得重要，钢筋混凝土结构延性的研究是塑性设计方法和抗震设计理论发展的基础。

所谓延性是指材料、构件和结构在荷载作用下，进入非线性状态后在承载能力没有显著降低情况下的变形能力。

描写延性常用的变量有：材料的韧性，截面的曲率延性系数，构件或结构的位移延性系数，塑性铰转角能力，滞回曲线，耗能能力等。

试验和非线性计算分析表明：构件的结构的破坏由受拉钢筋引起的，常表现出良好的延性，如适筋梁、大偏心受压柱等；而破坏由混凝土拉断、剪坏和压溃控制的常表现为脆性，如素混凝土板、超尽梁、地震作用下剪切破坏的短柱等。

对于建筑结构系统来说，一方面，钢筋混凝土构件的功能依赖于整体结构系统功能，任何构件一旦离开整体结构，就不再具有它在结构系统中所能发挥的功能；另一方面，构件又影响整体结构系统的功能，任何构件一旦离开整体结构，整体结构丧失的功能不等于该构件在结构系统中所发挥的功能，可能更大，也可能更小。

在地震作用下，有可能由于部分构件的破坏乃至退出工作，整个结构体系会因此破坏，这里的部分构件包括了结构构件以及非结构构件。

在地震作用下，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时非常大的，设计上是一定要避免的，而延性破坏时指构件承载力没有显著降低的情况下，经历很大的非线性变形后所发生的破坏，在破坏前能给人以警示。

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。

钢结构的设计限值钢结构作为一种常用的建筑结构材料，其设计限值对于保证结构的安全性和可靠性至关重要。

本文将对钢结构设计时需要考虑的限值进行探讨和分析。

1. 引言钢结构是一种由钢材制成的建筑结构，常应用于高层建筑、桥梁、厂房等领域。

设计钢结构时，需要根据结构的特点和用途确定合理的设计限值，以确保结构的安全性和耐久性。

2. 力学性能限制钢结构的设计限值首先涉及其力学性能。

包括以下几个方面：a. 强度限制：钢结构在设计中必须考虑其抗拉、抗压和抗弯承载能力，根据设计要求确定相应的极限荷载，并确保结构在荷载作用下不发生破坏。

b. 应变限制：钢结构在荷载作用下会发生变形，因此需要根据结构的使用要求和美观度限制，确定适当的最大变形限值。

c. 稳定性限制：钢结构在受到外力作用时，可能会失去稳定性，因此需要考虑结构的稳定性要求，并根据相关规范确定相应的稳定指标。

3. 延性和韧性限制延性和韧性是钢结构设计中需要考虑的重要因素，其限值决定了结构的抗震性能和可靠性。

钢结构的延性和韧性限制主要包括以下几个方面：a. 塑性铰限制：钢结构在地震等恶劣环境下需要具备一定的塑性铰形成能力，以吸收和消散地震能量。

因此，在设计中需要确定适当的塑性铰形成位置和形态，并限定其塑性铰屈服旋转角度限制。

b. 能量消散性限制：钢结构在地震作用下需要能够消散地震能量，以减小结构的震动响应。

因此，在设计中需要考虑相应的能量消散要求，包括塑性变形能力和耗能装置的设置等。

c. 局部失稳限制：钢结构在地震作用下可能会出现局部失稳现象，因此需要确定相应的局部失稳限制，确保结构在地震作用下不会失去稳定性。

4. 极限状态限值极限状态限值是钢结构设计中必须满足的重要约束条件。

包括以下几个方面：a. 极限荷载限值：钢结构设计需要根据荷载特点和设计要求，确定合理的极限荷载限值，以确保结构在荷载作用下不发生失效。

b. 极限变形限值：钢结构在荷载作用下会发生变形，因此需要根据结构的使用要求和性能要求，确定适当的极限变形限值。

框架结构的延性设计详解框架结构是一种常见的建筑结构形式，具有较好的抗震性能。

而延性设计是指结构在地震作用下能够延长发展破坏，从而提供更多的时间供人员疏散和结构维修。

本文将详细介绍框架结构的延性设计，包括其原理、设计方法和影响因素。

一、延性设计原理1.材料延性：选用延性材料，如钢材和高强度混凝土，以在地震作用下发生拉伸破坏前实现较大的变形。

2.结构布局：采用灵活的结构布局，如变截面和缩颈结构，以集中破坏在可控的位置从而延缓结构整体的破坏。

3.妥善设计连接：合理设计框架结构的连接，选择合适的连接件，如剪力墙、钢筋连接等，以保证结构在地震作用下能够产生延性变形。

二、延性设计方法延性设计方法主要涉及结构的弹塑性分析和设计。

以下是一些常见的延性设计方法：1.能量耗散设计：通过增加结构的耗能能力，将地震能量引导至损伤可控的区域，从而减轻结构的破坏。

常见的能量耗散器件包括剪切墙、摩擦阻尼器和拉索系统等。

2.塑性设计：通过设计结构的形状和材料的屈服点，使结构能够在超过弹性极限后仍保持良好的延性。

这需要仔细考虑结构的刚度和强度，以保证结构在地震作用下能够产生合理的延性变形。

3.控制位移法：通过控制结构的位移，从而控制结构的变形和破坏。

可以采用位移控制系统，如配筋、张拉杆和拉索，来限制结构的最大变形，以保证结构的延性。

三、影响延性设计的因素1.设计地震参数：结构的设计地震参数会直接影响结构的设计要求和延性能力。

通常，较高的地震参数要求会导致更大的延性设计要求。

2.材料性能：结构选择的材料的延性性能也是影响设计的重要因素。

通常，高展性的材料，如高强度钢材和高性能混凝土，可以提供更好的延性能力。

3.结构体系：不同的结构体系对延性设计有不同的要求。

例如，刚性框架结构需要增加耗能措施，而一些新兴的框架结构体系，如剪力墙和框剪结构可以提供较好的延性性能。

4.设计哲学：延性设计需要在设计过程中采用合适的设计哲学，包括性能设计和位移控制设计。

钢结构抗震性能有哪几类延性指标？它们之间相互关系如何？延性和塑性的异同点？原题号：2在抗震设计中，结构的延性非常重要，即表现为在塑性阶段保持并发展塑性抵抗能力，钢结构的延性指标可分为三个层次，即材料层次、构件层次和结构层次，这三种不同的延性指标在数值上差异很大，但在抗震设计中均占有重要的地位。

对于钢结构抗震性能评价，分别在这三个层次定义了衡量延性的指标延性系数。

①材料延性材料的延性指标用μe 来表示，μe=(εh -εy )/εy 。

反映了材料在发生屈服后，在承载力不降低的情况下继续变形的能力。

延性系数大的材料为延性材料，小的则为脆性材料。

图6.1 材料延性示意图②构件或连接延性构件的延性指标用θµ来表示，()y y u θθθµθ/−=。

描述了一个构件或者连接节点在弹塑性阶段，承载力不降低的情况下传递内力的能力（如图6.2(a)所示）。

也可以从变形与能量的角度来对其进行定义。

如图 6.2(b)所示，按变形来定义，延性指标的简单定义为y x x /max =µ，在往复荷载作用下，延性还可以定义为历史最大变形与屈服变形之比：{}1/max i p,+=y c x x µ；当从能量角度来定义延性指标时，描述构件单方向延性的计算方法为：11)/(c y y *(1)h +=+=ηµx F E ，其中，},max{h h *−+=E E E ，而总的延性指标为：1)/(y y h h +=x F E µ。

除了从上述单方面描述构件（连接）延性的指标计算方法外，还有同时考虑两方面影响的指标，如Park and Ang 计算方法：)1(h P.A −+=µβµµ。

类似于材料的延性指标，构件的延性指标同样反映了构件或连接在不丧失承载能力下，塑性变形的能力，同时在往复作用下，一些延性指标还能描述构件在进入弹塑性阶段后耗能能力的大小。

浅析建筑结构设计中的延性设计与结构措施摘要：建筑结构在使用过程中的安全性一直都是社会各界关注的一项重点内容，其对于保障建筑所属区域范围内的人员财产设备安全具有非常重要的意义。

延性设计在建筑结构设计中的应用要求其建筑结构的相关组成构件在屈服之后仍然具备足够的变形能力，同时能够依靠结构本身的弹塑性变形能力有效消耗建筑结构在地震等大规模能量冲击下的变形影响，以此有效确保屈服结构出现延性破坏并有效避免建筑结构的脆性破坏、冲击倒塌等安全问题的发生。

因此延性设计在建筑结构设计中的应用对于确保当前建筑结构的承载能力、提升当前建筑结构的塑性变形能力、优化当前建筑结构抗震性能的优良性等均有非常积极的作用。

基于此，本文将针对建筑结构设计中延性设计的基本含义进行分析阐述，同时针对建筑结构设计中常用的延性设计内容与提升建筑结构延性的设计措施进行分别探讨。

关键词：建筑结构；延性设计；设计措施；基本含义当前针对建筑结构进行延性设计具有重大的意义，由于延性结构比脆性结构更具优越性，主要体现为：1）破坏过程较长，破坏前征兆更明显；2）出现意外荷载时有更好的抗衡能力及承载能力；3）充分利用超静定结构的特征，使内力重新分布，材料性能发挥比较充分；4）消耗动荷载产生的能量，减少结构受损程度；5）在特殊情况下，其变形能力使结构安全更有保障。

基于此，本文将以自身对建筑结构延性含义的理解进行浅析，同时针对设计中提升建筑结构延性的措施进行分别探讨。

一、建筑结构延性的基本含义以结构在遭遇地震作用下为例，如果结构可以很好到吸收及消化地震产生的能量，那么我们可以认为该结构具有较好的抗震能力。

也就是说假定全部结构构件延性都很好，结构在地震作用下倒塌到概率就越小。

但是，该怎么尽可能往这个方向上去做呢？注重结构中的重要构件和构件中的关键位置，是较为简单可行到方法。

在设计时有目的地设置一些塑性段，且首先形成塑性段的部位不应该是结构敏感的部位，通过这些塑性段去消化能量，使结构即具有承载力，也具有位移能力，不会导致严重破坏。