淺談鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)

羅凌霄

摘 要： 本文通過(guò)汶川地震建筑震害啟示介紹鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；強(qiáng)柱弱梁；框架柱加強(qiáng)

2008年5月12日汶川發(fā)生大地震，造成了重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。在地震區(qū)對(duì)各類房屋建筑震害的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在高烈度區(qū)，理論上抗震性能較好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)倒塌了，而抗震性能相對(duì)較差的砌體結(jié)構(gòu)卻裂而不倒，抗震設(shè)計(jì)要求鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的“梁鉸機(jī)制”沒(méi)有出現(xiàn)，而是出現(xiàn)了大量的“柱鉸”。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》定義的“強(qiáng)柱弱梁”是指節(jié)點(diǎn)處柱端實(shí)際受彎承載力大于梁端實(shí)際受彎承載力。由于地震作用的復(fù)雜性、現(xiàn)澆樓板的影響和鋼筋屈服時(shí)的超強(qiáng)等因素的影響，難以通過(guò)精確的計(jì)算實(shí)現(xiàn)。因此，規(guī)范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。在計(jì)算梁端彎矩和配筋時(shí)，考慮部分樓板作用形成T形梁，將框架梁抗彎剛度乘以1.5~2.0的放大系數(shù)后，計(jì)算梁的配筋超強(qiáng)，再加上板的鋼筋，使T形梁不但剛度加大，實(shí)際承載力大于梁端彎矩，而且與之正交的另一向T形梁對(duì)柱子形成約束，在雙向水平地震作用下，柱截面處于復(fù)雜的雙向受力狀態(tài)；一般情況下，框架柱即使增大了柱端彎矩設(shè)計(jì)值，計(jì)算結(jié)果一般只按構(gòu)造要求配筋；只有當(dāng)構(gòu)件抗震等級(jí)為9度一級(jí)時(shí)，規(guī)范才要求按照梁的實(shí)配鋼筋反算柱端彎矩。因此，對(duì)于抗震等級(jí)為二、三級(jí)的構(gòu)件，實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成的是“強(qiáng)梁弱柱”。汶川地震中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)大量出現(xiàn)的是柱鉸機(jī)制而不是梁鉸機(jī)制。因此設(shè)計(jì)時(shí)有必要加大柱子截面和配筋，參與工作的樓板配筋不能加入梁的配筋，從而適當(dāng)減小梁的截面尺寸和配筋?？蚣苤靸r(jià)在框架結(jié)構(gòu)中是很小的，而在抗震時(shí)起的作用是決定性的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，考慮空間作用時(shí)，柱子縱筋加大至計(jì)算值的2.5倍左右才可保證塑性鉸不出現(xiàn)在柱子上?？刹话从?jì)算配筋，大幅度增加縱筋，同時(shí)增大箍筋。

結(jié)構(gòu)受力時(shí)，結(jié)構(gòu)中的各個(gè)構(gòu)件能同時(shí)達(dá)到較高的應(yīng)力水平。在多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能避免短柱，其主要的目的是使同層各柱在相同的水平位移時(shí)，能同時(shí)達(dá)到最大承載能力，但隨著建筑物的高度與層數(shù)的加大，巨大的豎向和水平荷載使底層柱截面越來(lái)越大，從而造成高層建筑的底部數(shù)層出現(xiàn)大量短柱，為了避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，對(duì)于大截面柱，可以通過(guò)對(duì)柱截面開(kāi)豎槽，使矩形柱成為田形柱，從而增大長(zhǎng)細(xì)比，避免短柱的出現(xiàn)，這樣就能使同層的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)在相近的水平位移下，達(dá)到最大的水平承載力；而對(duì)于梁的跨高比的限制，一般還沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)到。實(shí)際上與長(zhǎng)短柱混雜的效果一樣，長(zhǎng)、短梁在同一榀框架中并存，也是極為不利的，短跨梁在水平力的作用下，剪力很大，梁端正、負(fù)彎矩也很大，其配筋全部由水平力決定，豎向荷載基本不起作用，甚至于梁端正彎矩鋼筋也會(huì)出現(xiàn)超筋現(xiàn)象，同時(shí)，由于梁的剪力增大，也會(huì)使支承柱的軸力大幅增大，這種設(shè)計(jì)是不符合協(xié)同工作原則的，同時(shí)，結(jié)構(gòu)的造價(jià)必將會(huì)上升。多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的即是為了抵抗水平力的作用，防止扭轉(zhuǎn)，為有效的抵抗水平力作用，平面上兩個(gè)正交方向的尺寸宜盡量接近，目的是保證這兩個(gè)方向上的“慣性矩”相等，以防止一個(gè)方向強(qiáng)度（穩(wěn)定性）儲(chǔ)備太大，而另一個(gè)方向較弱，因此，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)（柱、剪力墻）宜設(shè)置在四周，以增大整體的抗側(cè)剛度及抗扭慣性矩，同時(shí)，應(yīng)加大梁或樓層的剛度，使柱（或剪力墻）能承擔(dān)較大的整體彎矩，這就是“轉(zhuǎn)換層”的概念。防止扭轉(zhuǎn)的目的，是因?yàn)樵谂まD(zhuǎn)發(fā)生時(shí)，各柱節(jié)點(diǎn)水平位移不等，距扭轉(zhuǎn)中心較遠(yuǎn)的角柱剪力很大，而中柱剪力較小，破壞由外向里，先外后里。為防止扭轉(zhuǎn)，抗側(cè)力結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)稱布置，宜設(shè)在結(jié)構(gòu)兩端，緊靠四周設(shè)置，以增大抗扭慣性矩。因此，高層或超高層建筑中，盡管角柱軸壓比較小，但其在抗扭過(guò)程中作用卻很大（若角柱先壞，整個(gè)結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度或強(qiáng)度下降，中柱必定依次破壞），同時(shí)，在水平力的作用下，角柱軸力的變化幅度也會(huì)很大，這樣勢(shì)必要求角柱有較大的變形能力。由于角柱的上述作用，角柱設(shè)計(jì)時(shí)在承載力和變形能力上都應(yīng)有較多考慮，如加大配箍，采用密排箍筋柱、鋼管混凝土柱。

綜上所述，筆者認(rèn)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，框架柱的設(shè)計(jì)要加強(qiáng)，框架梁和板的配筋輕易不要調(diào)大。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2008年版），北京，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[2] 建筑工程抗震標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)文件資料匯編，長(zhǎng)春，吉林省建設(shè)廳，2008.