對框架結(jié)構(gòu)抗震措施的思考

曹 芳

（西安市第一建筑工程公司 陜西 西安 710068）

1 引言

2008年5月12日四川省汶川發(fā)生里氏8.0級強(qiáng)烈地震，地震波及我國絕大多數(shù)地區(qū)，造成了重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。其中四川、甘肅和陜西省被列為重災(zāi)區(qū)。各類建筑在地震中均遭到了不同程度的損毀，不同的結(jié)構(gòu)形式也表現(xiàn)出不同的破壞特征。其中各種框架結(jié)構(gòu)房屋存在不同程度的破壞，且破壞的類型也多種多樣。

2 框架結(jié)構(gòu)在地震中的主要破壞形態(tài)

框架結(jié)構(gòu)房屋，由于其抗震性能較好，極少發(fā)現(xiàn)整體垮塌的現(xiàn)象，但框架結(jié)構(gòu)由于材料、施工質(zhì)量和建筑布局等原因，部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件和填充構(gòu)件發(fā)生了一定程度的破壞。其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）節(jié)點破壞。其主要原因是梁柱節(jié)點箍筋不足甚至沒有，節(jié)點抗剪能力差。一種情況是節(jié)點區(qū)的箍筋綁扎不夠牢靠，振搗混凝土?xí)r，箍筋往下滑移至柱頂區(qū)域，如圖1所示；另一種情況是節(jié)點區(qū)箍筋綁扎困難，施工時根本就沒有配置箍筋，如圖2所示。

（2）箍筋彎鉤長度過短，地震時錨固失效，喪失了對縱筋的支撐和對核心混凝土的約束，如圖3所示。

（3）對填充墻的認(rèn)識不足，如窗下墻使框架長柱變成短柱，發(fā)生剪切破壞，如圖4所示。

（4）底層填充墻很少或沒有，造成剛度太小形成薄弱層破壞，如圖5、6所示?？蚣芙Y(jié)構(gòu)極少發(fā)現(xiàn)整體垮塌的現(xiàn)象，但在在綿竹有一棟框架結(jié)構(gòu)的建筑發(fā)生了整體垮塌的現(xiàn)象。經(jīng)了解得知，地震發(fā)生時該建筑正在裝修改造，底部填充墻被拆除，造成底部過于柔弱，故而在強(qiáng)烈地震作用下導(dǎo)致了整體垮塌。

（5）結(jié)構(gòu)之間的變形縫間距普遍太小，且建筑和結(jié)構(gòu)的構(gòu)造不合理，導(dǎo)致在地震中出現(xiàn)相互碰撞的情況。由于建筑物高度不大，尚未產(chǎn)生嚴(yán)重后果。但表面破損嚴(yán)重，會給使用人造成心理壓力，影響震后的使用。

（6）框架填充墻體破壞嚴(yán)重。

3 存在的主要問題及采取的措施

3.1 現(xiàn)有規(guī)范、設(shè)計或施工中的不足

從上面震害分析圖片可以看出，框架填充墻體在地震中對結(jié)構(gòu)的影響非常值得工程設(shè)計者的深思。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的填充墻體，在地震作用中十分復(fù)雜，根據(jù)材料的不同以及和主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系，其將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響。

（1）在平面內(nèi)，改變主體結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度的分布，從而改變各構(gòu)件之間的地震內(nèi)力分布狀態(tài)；在豎向，改變結(jié)構(gòu)層剛度的變化，導(dǎo)致薄弱層的出現(xiàn)。

（2）給主體結(jié)構(gòu)的地震分析帶來困難，不易選取合適的結(jié)構(gòu)抗震分析模型，不易正確地估計地震反應(yīng)。從目前我國規(guī)范來講，處理填充墻對結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度貢獻(xiàn)時，通常考慮將結(jié)構(gòu)自振周期折減，從而放大地震作用來整體考慮，而未考慮平面及豎向填充墻體布置的不同對結(jié)構(gòu)的影響。

（3）填充墻處理不當(dāng)，往往引起主體結(jié)構(gòu)的破壞，如形成短柱，產(chǎn)生剪切破壞。這一點應(yīng)該引起設(shè)計者的重視。

（4）框架結(jié)構(gòu)的任意樓層不可避免存的在一定數(shù)量的填充墻，而一般來講，填充墻體會先于框架柱開裂。因此，為避免填充墻這一非結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到較大損壞，用于層間位移驗算的層間位移角限值必須考慮容許的填充墻體開裂程度。我國現(xiàn)行多遇烈度彈性驗算時，鋼筋混凝土框架彈性層間位移角限值為1/550，鋼筋混凝土框架—抗震墻、板柱—剪力墻、框架核心筒彈性層間位移角限值為1/800。從此次地震震害來看，盡管地震災(zāi)區(qū)地震烈度可能超過規(guī)范的多遇地震烈度，但框架結(jié)構(gòu)填充墻損壞的嚴(yán)重程度也在合理范圍。樓梯破壞的同時，往往樓梯間墻體破壞也較嚴(yán)重，設(shè)計時防止樓梯間墻體破壞對防止樓梯破壞起有利作用。綜合上述因素，建議將框架多遇地震作用下彈性層間位移角限值適當(dāng)減小。而多遇地震作用主要是保證結(jié)構(gòu)為彈性狀態(tài)，結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件不壞。由于填充墻體與框架梁、柱存在一定間隙，并且不同材料的填充墻體，其變形也存在一定差異，故在多遇地震驗算時，規(guī)范對填充墻體的剛度考慮是合理的。

（5）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)總體上不具備抗力儲備，結(jié)構(gòu)主要依靠本身的變形來吸收和耗散地震能量?！督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》GB50011-2001規(guī)定，彈塑性層間位移角限值對于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為1/50。此次汶川地震震害表明：部分框架結(jié)構(gòu)層間位移已達(dá)到1/15～1/20，結(jié)構(gòu)仍未倒塌。綜合各種因素，一旦進(jìn)入彈塑性驗算時，其層間位移超過了多遇地震下的層間位移，如果此時驗算不考慮填充墻體的剛度計入，或者考慮周期折減，這種考慮將太過粗糙，驗算的結(jié)果往往存在較大誤差甚至錯誤。此時應(yīng)計入填充墻體剛度的影響，可將其折算成混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)來計入考慮。其現(xiàn)行規(guī)范對彈塑性層間位移角限值是比較保守的，可以增大。

（6）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002采用了梁、柱構(gòu)件內(nèi)力調(diào)整、柱軸壓比限制和柱體積配箍率等措施。其主要的目標(biāo)是保證“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計思想，這種設(shè)計理念與3個水準(zhǔn)目標(biāo)一致的。從此次地震災(zāi)區(qū)框架結(jié)構(gòu)震害來看，較多數(shù)的現(xiàn)行建筑物未達(dá)到“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件”這一目標(biāo)，其重點是柱和節(jié)點破壞，梁出現(xiàn)塑性鉸的情況較少。

（7）在框架梁、柱節(jié)點區(qū)的澆筑施工中，易將箍筋下移，引起節(jié)點區(qū)箍筋不足。

3.2 處理措施

（1）做好細(xì)部構(gòu)造，使非結(jié)構(gòu)構(gòu)件成為抗震結(jié)構(gòu)的一部分。在計算分析時，充分考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量、剛度、強(qiáng)度和變形能力。

（2）選用合理的抗震結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的主體剛度，以減小主體結(jié)構(gòu)的變形量，防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。

（3）設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對主體結(jié)構(gòu)的影響，并考慮可能出現(xiàn)的短柱，在設(shè)計中予以加強(qiáng)。

（4）嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。柱、梁箍筋加密區(qū)必須滿足要求，避免因施工造成結(jié)構(gòu)的安全隱患。

（5）對于裝修改造工程，必須嚴(yán)格遵守國家有關(guān)規(guī)定，不得損壞原有建筑結(jié)構(gòu)，要確保結(jié)構(gòu)安全。

4 結(jié)語

綜上所述，框架結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析，尚存在許多課題需要研究。

（1）對于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的研究主要為：框架填充墻體平面、立面分布或連接對主體結(jié)構(gòu)剛度、自振周期和頻率等的影響。而對于其他非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如裝飾構(gòu)件，其可承受的變形尚需研究。

（2）層間位移驗算的層間位移角限值必須考慮容許的填充墻體開裂程度。選擇合理而適當(dāng)?shù)膶娱g位移角限值，對控制墻體的破壞或維修具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

（3）填充墻體和樓梯破壞的關(guān)系有待于進(jìn)一步研究，以為逃生通道的樓梯設(shè)計提供依據(jù)。陜西水利

1.童岳生,錢國芳.磚填充墻框架的變形性能及承載[J].西安冶金建筑學(xué)院學(xué)報,1985,17(2)∶12-21.

2.蘇啟旺,李力.汶川大地震中框架結(jié)構(gòu)震害分析 [J].四川建筑科學(xué)研究,2008.8,34(4)∶162-164.

3.萬杰,何梅,郭華.汶川地震后建筑構(gòu)造抗震措施之反思[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報∶自然科學(xué)版,2008,40(5)∶631-636.

4.郭陽照,黃慧敏,郭永恒等.”7.22”云南鹽津地震房屋震害分析 [J].震災(zāi)防御技術(shù),2006,1(4)∶353-358.