延性结构

延性是指构件或结构屈服以后，具有承载力不降低或基本不降低且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产生的变形愈大，延性能力愈好。如超越弹性极限后随即破坏，则表示其延性性能差，称它为脆性。一般用延性比表示延性，即塑性变形能力的大小。塑性变形可以耗散地震能量，大部分抗震结构在中震作用下都进入塑性状态而耗能。

作用对抗震结构，宜采用延性性能好的材料，即钢或合理配置的钢筋混凝土而成的延性性能好的构件(即延性构件)，并以此构成延性性能好的结构(延性结构)。这样，当结构遭受罕遇地震作用时，结构也可依靠钢材屈服后有足够的延性，在超越弹性变形后的塑性变形过程中吸收和耗散地震能量。大部分抗震结构在中震作用下都进入塑性状态而耗能，因而能将结构保存下来，不至倒塌。1

结构体系要使结构成为延性结构，首先在结构体系上应是超静定的，而不是呈悬臂状的静定结构，并且还要使塑性铰最先出现在超静定结构的次要构件或水平构件上，然后才出现在主要构件或竖向构件上，以形成多道抗震防线，延长非弹性变形的发展过程，增大变形能力，吸收和耗散地震能量，提高结构的防倒塌能力；其次还要注意采用延性构件和延性较好的材料。1

性能构件的延性性能，常以构件的极限变形与构件出现塑性铰时的变形的比值来衡量。对于钢筋混凝土构件，屈服变形定义为钢筋屈服时的变形，极限变形一般定义为承载力降低10%～20%时的变形。当受拉钢筋屈服以后，即进入塑性状态，构件刚度降低，随着变形迅速增加，构件承载力略有增大，当承载力开始降低，就达到极限状态。构件延性比是指极限变形(转角钆或挠度)与屈服变形(转角或挠度)的比值。这项指标值愈大，则表示该构件的延性性能愈好。

结构的延性性能通常以最大承载力的80%～90%时的结构顶点位移△。与结构开始出现塑性铰时的结构顶点位移的比值来衡量。对于钢筋混凝土结构，当某个杆件出现塑性铰时，结构开始出现塑性变形，但结构刚度只略有降低；当出现塑性铰的杆件增多以后，塑性变形加大，结构刚度继续降低；当塑性达到一定数量以后，结构也会出现“屈服”现象，即结构进入塑性变形迅速增大而承载力略微增大的阶段，是“屈服”后的弹塑性阶段。“屈服”时的位移定义为屈服位移；当整个结构不能维持其承载能力，即承载力下降到最大承载力的80%～90%时，达到极限位移。结构延性比卢通常是指达到极限时顶点位移与屈服时顶点位移的比值。这项指标值愈大，则表示该结构的延性性能愈好。1

设计原则在“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则下，钢筋混凝土结构都应设计成延性结构，即在设防烈度地震作用下，允许部分构件出现塑性铰，这种状态是中震“可修”状态；当合理控制塑性铰部位、构件又具备足够的延性时，可做到在大震作用下结构不倒塌。高层建筑各体系都是由梁、柱、框架和剪力墙组成，作为抗震墙结构都应该设计成延性框架和延性剪力墙。

当设计成延性结构时，由于塑性变形可以耗散地震能量，结构变形虽会加大，但结构承受的地震作用(惯性力)不会很快上升，内力也不会加大，因此具有延性的结构，可降低对结构的承载力要求，也可以说，延性结构用它的变形能力(而不是承载力)抵抗罕遇地震作用，如果结构的延性不好，则必须有足够大的承载力抵抗地震。然而后者会多用材料，对于地震发生概率极小的地区，延性结构是一种经济的设计对策。

提高高层建筑的延性是通过合理选择结构体系、合理布置结构、对构件及其连接采取各种构造措施等多方面努力才能实现的，施工质量好坏对结构延性也有很大影响。结构的延性不能也不是通过计算能达到的，而是通过设立抗震结构的抗震等级要求、加强构造措施的方法保证结构的延性。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学