鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

文/張維維、胡奇豹、張貽榮 浙江省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江杭州 310051

1、混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1.1 框架梁的設(shè)計(jì)

“上梁不正下梁歪”有著一定的建筑意義，框架梁、柱中心線必須重合才能保證框架的穩(wěn)定性。當(dāng)發(fā)現(xiàn)框架梁、柱中心線不重合時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：第一，梁、柱偏離中心對(duì)受力節(jié)點(diǎn)及連接方式的不良影響；第二，框架梁重量對(duì)柱子的影響。當(dāng)梁柱的中心偏移距離大于偏移方向柱寬的1/4 時(shí)，應(yīng)該采取相應(yīng)措施進(jìn)行加固。另外，通過在現(xiàn)場整體澆筑的樓蓋方式可以降低扭轉(zhuǎn)引起的不利影響。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)框架梁時(shí)應(yīng)該考慮框架梁端部與鋼筋接觸產(chǎn)生的壓力，用相關(guān)公式計(jì)算梁端受壓區(qū)高度。

1.2 框架柱的設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)框架柱時(shí)可以參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容，降低框架柱的軸壓比以確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的延展性。建筑過程中經(jīng)常使用箍筋對(duì)框架柱進(jìn)行約束，這樣就能提高框架柱混凝土的抗壓強(qiáng)度，確?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的延展性。在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，框架角柱的設(shè)計(jì)需要在正截面上，根據(jù)相應(yīng)構(gòu)件所受承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.3 樓、屋蓋的設(shè)計(jì)

如今現(xiàn)場整體澆筑的樓蓋結(jié)構(gòu)得到了建筑行業(yè)的青睞?，F(xiàn)場整體澆筑的樓蓋混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求盡量不要低于C20，也不要高于C40。鋼筋要盡量采用高強(qiáng)度等級(jí)，一般采用直徑8mm至12mm 的受力鋼筋。板厚與鋼筋間距也有一定的關(guān)系：當(dāng)板厚不大于15cm 時(shí)鋼筋間距不大于20cm；當(dāng)板厚大于15cm 時(shí)鋼筋間距不大于1.5 倍板厚，且不宜大于25cm。分布筋的截面積容易受到集中荷載和溫度的影響，集中荷載增大或溫度影響增大時(shí)，分布筋的截面積應(yīng)適當(dāng)增加，且間距應(yīng)適當(dāng)減小，且其間距不宜大于20cm。在考慮頂層抗裂問題時(shí)，應(yīng)保證板上筋不斷或部分交錯(cuò)，拉通筋均按受力位置的分布來搭接主體鋼筋。

1.4 填充墻和隔墻

在混凝土框架結(jié)構(gòu)中，填充墻和隔墻是必不可少的部分，它們經(jīng)常是輕質(zhì)墻體。過梁大多數(shù)采用現(xiàn)澆梁帶，只有極少數(shù)采用預(yù)制混凝土過梁。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)填充墻和隔墻時(shí)要標(biāo)注清楚使用的填充墻和隔墻的制作方法和相應(yīng)圖樣。當(dāng)過梁與柱搭接在一起時(shí)，應(yīng)遵循柱甩筋，過梁現(xiàn)澆的規(guī)律。在增加抗震功能的要求時(shí)，砌體填充墻的布置也有一定的規(guī)律：首先，填充墻的上、下層剛度保持一致或類似，盡量降低抗側(cè)剛度偏心引起的扭轉(zhuǎn)問題發(fā)生概率；其次，砌體填充墻和隔墻雖然有一定的自身穩(wěn)定性，但仍需采取一定措施保證它們的穩(wěn)定性。電梯井壁的四角需要加構(gòu)造柱來保證其安全性和穩(wěn)定性，樓層較高的建筑可以在電梯井壁門洞上方位置增加圈梁。

2、混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

2.1 構(gòu)造措施要加強(qiáng)

建筑物大多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，最重要的是要保證其構(gòu)造措施。第一，構(gòu)造措施要與時(shí)俱進(jìn)、不斷改善，不能故步自封，尤其是在建筑行業(yè)突飛猛進(jìn)的當(dāng)今社會(huì)，過去的結(jié)構(gòu)措施對(duì)現(xiàn)今建筑行業(yè)已經(jīng)不適用了，例如2001年版的結(jié)構(gòu)措施規(guī)范已經(jīng)廢止，現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)措施規(guī)范為2010年版。第二，自改革開放以來，我國的綜合實(shí)力不斷提高，國民生產(chǎn)總值也不斷發(fā)展，人們對(duì)結(jié)構(gòu)措施提出了更高的要求，結(jié)構(gòu)措施要加強(qiáng)就應(yīng)運(yùn)而生。第三，構(gòu)造措施決定了未來建筑的使用壽命和安全系數(shù)，所以要嚴(yán)格遵守相關(guān)的規(guī)定指標(biāo)。要想加強(qiáng)結(jié)構(gòu)措施，就要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行加強(qiáng)：首先，就框架結(jié)構(gòu)的樓梯間設(shè)計(jì)舉例來說，樓梯間的框架柱屬于抗震設(shè)計(jì)重點(diǎn)部位，它的長短取決于樓梯平臺(tái)框架梁與框架柱連接關(guān)系，如果所在的框架柱是短柱，那就要對(duì)框架柱箍筋的全高加密。其次，框架結(jié)構(gòu)長度應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，如果框架結(jié)構(gòu)長度稍微超過規(guī)定長度而建筑設(shè)計(jì)又不允許設(shè)置縫隙時(shí)，就應(yīng)采取相應(yīng)措施來補(bǔ)救。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)框架時(shí)，不能僅考慮強(qiáng)度因素，還要考慮框架結(jié)構(gòu)有一定的抗震能力，提高建筑的安全系數(shù)。

2.2 構(gòu)造措施的研究

構(gòu)造措施包括梁的構(gòu)造措施、柱的構(gòu)造措施、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施和剪力墻的構(gòu)造措施，這些結(jié)構(gòu)措施的研究需滿足塑性轉(zhuǎn)動(dòng)與耗能能力。以下是上述四種結(jié)構(gòu)措施的簡要分析：

（1）梁的抗震構(gòu)造措施。影響梁塑性鉸截面延伸性的因素有多種，故梁的構(gòu)造措施有相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，例如梁的受壓區(qū)高度和有效高度之比一級(jí)不應(yīng)大于0.25，二、三級(jí)不應(yīng)大于0.35。

（2）柱的抗震構(gòu)造措施。柱屬于壓彎型受力構(gòu)件，柱的軸壓比要符合相關(guān)規(guī)范，否則會(huì)影響到柱的塑形變形能力和框架的抗倒塌能力。中柱、邊柱的柱縱筋配筋率在一級(jí)抗震要求為0.9%，二級(jí)為0.7%，三級(jí)為0.6%，四級(jí)為0.5%。柱截面的寬度和高度，四級(jí)或不超過2層時(shí)不宜小于300mm，一、二、三級(jí)且超過2層時(shí)不宜小于400mm；圓柱的直徑，四級(jí)或不超過2層時(shí)不宜小于350mm，一、二、三級(jí)且超過2層時(shí)不宜小于450mm。只有當(dāng)柱子的各項(xiàng)參數(shù)符合相關(guān)規(guī)范時(shí)才能保證柱的質(zhì)量，增大結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

（3）節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造措施。節(jié)點(diǎn)作為框架梁、柱鋼筋的錨固部分，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能起著很大的作用。如果發(fā)生地震時(shí)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪壓比較低，就無法發(fā)揮建筑的抗震能力。通過為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)提供相應(yīng)約束，可以很大程度的提高建筑的抗震能力。一、二、三級(jí)框架的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)應(yīng)進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

（4）剪力墻的抗震構(gòu)造措施。剪力墻的邊緣構(gòu)件有著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，只要剪力墻的邊緣構(gòu)件符合標(biāo)準(zhǔn)就能提高其抗震能力，即使發(fā)生地震都不會(huì)產(chǎn)生大的裂縫。此外剪力墻的墻肢軸壓比一級(jí)為0.5，二、三級(jí)為0.6，抗震墻的厚度，一、二級(jí)不應(yīng)小于160mm 且宜小于層高或無支長度的1/20,三、四級(jí)不應(yīng)小于140mm 且不宜小于層高或無支長度的1/25；無端柱或翼墻時(shí)，一、二級(jí)不宜小于層高或無支長度的1/16,三、級(jí)不宜小于層高或無支長度的1/20。合理控制好軸壓比及設(shè)置邊緣構(gòu)件就能提高剪力墻的抗震能力。

2.3 加大底層柱截面及提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)

只有底盤穩(wěn)才能保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，這里的底盤可以通過加大底層柱截面來實(shí)現(xiàn)。此外，加強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)可以提高建筑物的抗震能力。綜上可得加大混凝土框架底層柱截面和提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)這兩種方法，均能通過提高承載能力的形式來提高建筑物的抗震能力，也是相對(duì)簡單，容易實(shí)現(xiàn)的措施。

2.4 控制底層柱的高度

地下停車庫的層高可以通過底層柱的高度來確定。底層柱高度越低，底層的側(cè)向剛度就越高，整體結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形也就越小，抗震性能越好。這也是只有底盤穩(wěn)才能保證結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的體現(xiàn)。

結(jié)語：

在建筑領(lǐng)域，安全始終是第一要求。這不僅僅是對(duì)建筑行業(yè)的負(fù)責(zé)，更是對(duì)業(yè)主的承諾。努力提高建筑物質(zhì)量，增強(qiáng)其抗震性能，無論何時(shí)都是建筑設(shè)計(jì)師需要研究和改善的問題，建筑行業(yè)在國內(nèi)的發(fā)展仍任重道遠(yuǎn)。