淺談框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

史衛(wèi)平

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)有著較早的起源，抗震理論也在不斷的完善。框架結(jié)構(gòu)相對(duì)于其他建筑結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的較好的抗震性能也不斷的得到了驗(yàn)證，但根據(jù)近年的地震災(zāi)害總結(jié)，框架結(jié)構(gòu)在地震中依然有需要改進(jìn)之處。根據(jù)實(shí)踐總結(jié)，其結(jié)構(gòu)中的梁柱設(shè)計(jì)強(qiáng)柱弱梁等要點(diǎn)使其更利于抗震和降低震害中的破壞?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理化與可靠度提高是在震害中保證人民財(cái)產(chǎn)生命安全的重要手段，也是要不斷發(fā)展和研究的重要課題。

關(guān)鍵詞：框架；結(jié)構(gòu)；抗震；

1、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一般原則

1）強(qiáng)柱弱梁

強(qiáng)柱弱梁是為了實(shí)現(xiàn)在罕遇地震作用下，使框架結(jié)構(gòu)塑性鉸出現(xiàn)在梁端的設(shè)計(jì)要求。用以提高結(jié)構(gòu)的變形能力，防止在強(qiáng)烈地震作用下倒塌。由于地震作用的復(fù)雜性以及構(gòu)件之間的相互影響，難以通過(guò)精確的計(jì)算實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。規(guī)范要求，采用增大柱端彎矩設(shè)計(jì)值，即提高柱端的彎矩增大系數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。人為增大柱子相對(duì)于梁的抗彎能力，誘導(dǎo)在梁端出現(xiàn)塑性鉸，從而達(dá)到強(qiáng)柱弱梁的要求。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁不僅在于內(nèi)力調(diào)整，更在于按調(diào)整后的設(shè)計(jì)內(nèi)力來(lái)配筋，使構(gòu)件

的實(shí)際承載力與設(shè)計(jì)內(nèi)力相近。當(dāng)建筑許可時(shí)，盡可能將柱的截面尺寸做得大些，使柱的線剛度與梁的線剛度的比值盡可能大于 1，并控制柱的軸壓比滿足規(guī)范要求，以增加延性。梁端縱向受拉鋼筋的配筋不得過(guò)高，并應(yīng)考慮板內(nèi)負(fù)筋影響，考慮雙筋作用，以免在罕遇地震中進(jìn)入屈服階段不能形成塑性鉸或塑性鉸轉(zhuǎn)移到柱上。注意不可隨意超配筋，超配筋要整體保持一定比例。注意節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，讓塑性鉸向梁跨內(nèi)移。

2）強(qiáng)剪弱彎

使鋼筋混凝土構(gòu)件中與正截面受彎承載能力對(duì)應(yīng)的剪力低于該構(gòu)件斜截面受剪承載能力的設(shè)計(jì)要求，用以改善構(gòu)件自身的抗震性能。強(qiáng)剪弱彎是保證構(gòu)件延性，防止脆性破壞的重要原則，它要求人為加大各承重構(gòu)件相對(duì)于其抗彎能力的抗剪承載力，使這些部位在結(jié)構(gòu)經(jīng)歷罕遇地震的過(guò)程中以足夠的保證率不出現(xiàn)脆性剪切失效。對(duì)于框架結(jié)構(gòu)中的框架梁應(yīng)注意抗剪驗(yàn)算和構(gòu)造，使其滿足相關(guān)規(guī)范要求。應(yīng)合理選擇梁柱截面尺寸、配置縱向鋼筋和箍筋，避免剪切破壞先于彎曲破壞、混

凝土的壓潰先于鋼筋的屈服、鋼筋錨固粘結(jié)先于構(gòu)件破壞。適當(dāng)增加抵抗剪切力的鋼筋可以有效防止梁、柱在彎曲屈服之前出現(xiàn)剪切破壞?？紤]地震力引起的剪力方向性，不能采用彎筋抗剪，箍筋提高抗剪承載力的同時(shí)，會(huì)對(duì)壓區(qū)混凝土形成環(huán)向約束，提高其抗壓承載力和截面延性。

3）強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件

這是為了提高結(jié)構(gòu)整體性。各構(gòu)件之間的連接，必須可靠，符合下列要求： 構(gòu)件節(jié)點(diǎn)（ 主要是梁柱節(jié)點(diǎn)） 的承載力不應(yīng)低于其連接構(gòu)件的承載力，當(dāng)構(gòu)件屈服、剛度退化時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)保持承載力和剛度不變。予埋件的錨固承載力不應(yīng)低于連接件的承載力，裝配式的連接應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體性，各抗側(cè)力構(gòu)件必須有可靠的措施以確?？臻g協(xié)同工作。強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件是通過(guò)增大節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的組合剪力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算。一、二、三級(jí)抗震等級(jí)的框架進(jìn)行節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震受剪承載力計(jì)算； 四級(jí)抗震等級(jí)的框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)可不進(jìn)行計(jì)算，但應(yīng)符合抗震構(gòu)造措施的要求。

2、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2. 1改善框架的抗震能力對(duì)框架結(jié)構(gòu)的角柱進(jìn)行強(qiáng)化。角柱是連接橫縱框架的關(guān)鍵，要增加框架結(jié)構(gòu)的整體性，就需要增強(qiáng)角柱的抗剪能力。在外圍框架的平面內(nèi)，設(shè)計(jì)一定數(shù)量的鋼筋混凝土墻板，這樣可以有效克服框架剪力滯后的情況，提高框架結(jié)構(gòu)的整體性和抵抗推力的剛度，減少整體結(jié)構(gòu)的側(cè)向移動(dòng)，特別是層間的位移。但是，該結(jié)構(gòu)的延性較差，如果人為地使之出現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱部位，形成延性的耗能墻板，則更加有效。

在結(jié)構(gòu)中，通過(guò)增加偏交斜撐等多余的構(gòu)件，用彎曲耗能的形式來(lái)代替軸變的耗能形式，可以利用鋼纖維混凝土桿來(lái)制造折曲支撐，剛心連接支撐，一般采用鋼桿或者勁性鋼筋混凝土桿構(gòu)成。在強(qiáng)烈的地震中，可以利用這些贅余的桿件來(lái)實(shí)現(xiàn)先行屈服和形變消耗地震能量。當(dāng)這些多余的構(gòu)件因?yàn)樾巫兌プ饔煤?，整體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生穩(wěn)定體系的變化，進(jìn)而誘發(fā)建筑自振周期的改變，可以有效避免地震造成的建筑物的共振效應(yīng)。

2. 2改善建筑的整體抗震能力

設(shè)計(jì)中，可采用機(jī)構(gòu)控制達(dá)成總體屈服效果。在框架結(jié)構(gòu)中的特定位置設(shè)置一定數(shù)量的塑性鉸，

實(shí)現(xiàn)對(duì)塑性鉸發(fā)生位置和形變程度的控制，使結(jié)構(gòu)在地震時(shí)形成較好的耗能機(jī)構(gòu)。在水平力的作用中，水平的構(gòu)件比豎向的構(gòu)件更先屈服，可平衡結(jié)構(gòu)剛度和承載能力。在框架結(jié)構(gòu)中，體積增大，剛度也會(huì)隨之增加。但會(huì)使得結(jié)構(gòu)的自振周期變小，總體水平地震作用加大。反之，結(jié)構(gòu)的剛度就會(huì)減小，地震力的作用也就變小。

2. 3基礎(chǔ)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

在選擇地基基礎(chǔ)方案時(shí)，應(yīng)從安全、合理和經(jīng)濟(jì)等角度出發(fā)，充分利用地基土的承載力，盡量采用天然地基上的淺基礎(chǔ)。當(dāng)淺層土質(zhì)無(wú)法滿足強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性要求時(shí)，可采用深基礎(chǔ)方案。

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意： 選擇合適的基礎(chǔ)埋深； 合理的基礎(chǔ)形式； 適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)底面積，減少基礎(chǔ)偏心； 地基承載力和剛度要與上部框架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度相適應(yīng)。底層內(nèi)隔墻一般不用做基礎(chǔ)，可將地面的混凝土墊層局部加厚。

2. 4結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求

梁的抗震構(gòu)造措施：1） 梁截面尺寸： 為了防止梁發(fā)生斜裂縫破壞、斜壓型脆性破壞，框架梁截面尺寸必須滿足如下要求： 梁的截面寬度不宜小于 200mm； 截面高度與寬度不宜大于 4； 凈跨與截面高度之比不宜小于 4；2） 梁的配筋率： 梁的變形能力主要取決于梁端的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)量，而梁的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)量與截面混凝土受壓區(qū)相對(duì)高度有關(guān)。為了保證梁的變形能力，使框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，在考慮梁端受壓鋼筋的作用的情況下，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率應(yīng)能使梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比滿足以下要求： 抗震等級(jí)為一級(jí) x/h0≤0.25； 二、三級(jí) x/h0≤0.35，同時(shí)，縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于 2.5%。縱向受拉鋼筋的最小配筋率，抗震設(shè)計(jì)和非抗震設(shè)計(jì)有所不同，規(guī)范有明確規(guī)定。梁端底面和頂面縱向鋼筋的比率，同樣對(duì)梁的變形能力有較大的影響。規(guī)范要求，除按計(jì)算確定外，一級(jí)不應(yīng)小于 0.5； 二、三級(jí)不應(yīng)小于 0.3；3） 梁的箍筋： 試驗(yàn)結(jié)果和震害經(jīng)驗(yàn)表明，梁端的破壞主要集中于 1.5 -2.0 倍梁高的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，因此，在梁端縱筋屈服范圍內(nèi)加密封閉式箍筋，對(duì)提高梁的變形能力十分有效。同時(shí)，為了防止壓筋過(guò)早壓曲，應(yīng)嚴(yán)格遵照《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》限制箍筋的間距；4） 梁內(nèi)縱筋的錨固和搭接： 在較強(qiáng)地震作用過(guò)程中，梁、柱截面中的縱向受力鋼筋可能處于交替拉、壓狀態(tài)下，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，這時(shí)鋼筋與其周圍混凝土的粘結(jié)錨固性能將比單純受拉時(shí)不利。

柱的抗震構(gòu)造措施：1） 柱截面尺寸： 柱的平均剪應(yīng)力太大，會(huì)使柱產(chǎn)生脆性的剪切破壞。平均壓應(yīng)力或軸壓比太大會(huì)使柱產(chǎn)生混凝土壓碎破壞，為了使柱有足夠的延性，柱截面尺寸應(yīng)符合以下要求：柱截面的寬度和高度均不宜小于 300mm，圓柱直徑不宜小于350mm； 柱截面長(zhǎng)邊與短邊的邊長(zhǎng)比不宜大于 3； 剪跨比宜大于 2；2） 柱的軸壓比： 限制框架柱的軸壓比主要為了保證框架結(jié)構(gòu)的延性要求。試驗(yàn)證明，受壓構(gòu)件的位移延性隨軸壓力增加而減小。為滿足框架柱在地震作用組合下位移延性的要求，根據(jù)抗震等級(jí)不同，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)軸壓比限值進(jìn)行了規(guī)定，抗震等級(jí)一級(jí)為0.65，二級(jí)為0.75，三級(jí)為0.85； 建造于 IV 類場(chǎng)地且較高的高層建筑，柱軸壓比限值還應(yīng)適當(dāng)減小。不論采取何種約束措施，柱的軸壓比都不應(yīng)大于 1.05；3） 柱縱向鋼筋的配置： 柱中縱向鋼筋宜對(duì)稱配置： 截面尺寸大于 400mm 的柱，縱向鋼筋間距不宜大于 200mm： 柱總配筋率不應(yīng)大于 5%； 為了保證柱有足夠的延性，柱縱向鋼筋最小配筋率必須滿足規(guī)范要求。柱縱向鋼筋的綁扎接頭應(yīng)避開柱端的箍筋加密區(qū)?？v向鋼筋的接頭，一級(jí)應(yīng)采用焊接接頭；二級(jí)宜采用焊接接頭，而底層柱根應(yīng)焊接； 三級(jí)可采用搭接，而底層柱根宜焊接； 直徑大干 32mm 的鋼筋必須采用焊接。在縱向鋼筋搭接區(qū)段內(nèi)宜加密箍筋，防止縱向鋼筋的壓曲，增加粘結(jié)強(qiáng)度，箍筋的直徑和肢距視搭接鋼筋直徑大小而不同；4） 柱的箍筋： 在地震力的反復(fù)作用下，柱端鋼筋保護(hù)層往往首先碎落，這時(shí)，若無(wú)足夠的箍筋約束，縱筋就會(huì)向外膨出，柱端破壞。箍筋對(duì)柱的核心混凝土起著有效的約束作用，提高配箍率可以顯著提高受壓混凝土的極限壓應(yīng)變，從而有效增加柱的延性。柱截面短邊尺寸大于 400mm 且各邊縱向鋼筋多于 3 根，或短邊尺寸不大于 400mm 但各邊縱向鋼筋多于 4根時(shí)，應(yīng)設(shè)置復(fù)合箍筋。

3、結(jié)論

總之，框架結(jié)構(gòu)雖然是抗震不利結(jié)構(gòu)形式，但在多層和中高層建筑中應(yīng)用非常廣泛，為避免地震時(shí)給人類帶來(lái)大的災(zāi)難，要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員能正確運(yùn)用框架結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)，克服框架結(jié)構(gòu)的弊端，運(yùn)用科學(xué)有效的手段，確保建筑結(jié)構(gòu)安全，從而實(shí)現(xiàn)建筑使用功能。