多層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

幸 鵬

（深圳市光明新區(qū)建筑工務(wù)和土地開發(fā)中心，廣東 深圳 518107）

引言

多層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)是建筑中常用的一種結(jié)構(gòu)形式，其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)布置靈活、傳力明確以及整體性和抗震性優(yōu)良，在各類多層的民用建筑及工業(yè)建筑中均被廣泛的采用。但早期的多層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)均有不足，在地震中表現(xiàn)出不同程度的破壞，文章中總結(jié)了其框架結(jié)構(gòu)及部分構(gòu)件破壞的具體情況，并進(jìn)行了分析，提出了多層砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需改進(jìn)的要點(diǎn)，尤其對(duì)樓梯的建設(shè)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，通過改進(jìn)建議使整體框架結(jié)構(gòu)處于更利于抗震和安全可靠的狀態(tài)。

1 多層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)震害概況

與磚砌房屋或其他磚墻承重混合結(jié)構(gòu)類型的建筑物相比，鋼筋砼框架房屋在地震災(zāi)害中的損壞率較低。多層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)以其較大的延伸性和較好的整體性成為建筑型式中抗震性能良好的一種結(jié)構(gòu)型式。在地震災(zāi)害中，鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)震害情況如下。

1.1 震害中框架梁及其柱身與節(jié)點(diǎn)的破壞形式

震害中框架梁及其柱身與節(jié)點(diǎn)的破壞形式主要有，設(shè)計(jì)中如未考慮梁在地震時(shí)附加產(chǎn)生的彎矩和剪力可能會(huì)在發(fā)生地震時(shí)柱邊豎向及斜向的裂縫，或者柱邊梁底下鋼筋錨固因設(shè)計(jì)中未考慮變號(hào)彎矩作用可能在震害中被拔出，以及加腋梁在變截面處發(fā)生豎向或斜向裂縫等情況。而框架柱的破壞主要形成在柱子兩端，震害中偶遇剪力彎曲及壓力等作用使砼破碎產(chǎn)生裂縫。一般角柱遭受破壞較重，受破壞框架柱子上端箍筋一般未采用加密措施。因地震中產(chǎn)生的雙向偏心壓力以及由填充墻帶來的剪力等因素，角柱加固設(shè)施不夠或受力計(jì)算不全，極易在地震中遭受破壞。另外一種在震害中常見的易遭受破壞的柱子是一類高寬比較小的柱子，其中以高寬比低于3的短柱情況較為嚴(yán)重[1]。

1.2 框架結(jié)構(gòu)以及其他相關(guān)結(jié)構(gòu)的破壞也是多層鋼筋砼建筑在震害中出現(xiàn)的主要破壞

有抗震墻的框架結(jié)構(gòu)房屋在震害中遭受損失較小，破壞程度較低，無抗震墻的框架結(jié)構(gòu)房屋，底層若較為空曠且整體剛度不強(qiáng)，在首層柱的上下兩端則會(huì)有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)，震害中產(chǎn)生的危害也較大。裝配式的鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)在實(shí)踐中有著良好的抗震性能，但地震中表現(xiàn)的裝配式框架房屋的破壞產(chǎn)生在大梁或柱邊的節(jié)點(diǎn)位置，應(yīng)采取能夠保證合理傳力的構(gòu)造及材料設(shè)施?？蚣芙Y(jié)構(gòu)頂部磚房的破壞也是震害加重的主要原因之一，多層框架頂部在地震中存在框架的擺動(dòng)，頂部磚房受重大，易產(chǎn)生應(yīng)力集中造成重大破壞。

1.3 填充墻及防震縫的破壞

填充墻在不同震級(jí)的作用中一般均會(huì)發(fā)生破裂與倒塌現(xiàn)象。多層鋼筋砼框架房屋的填充墻在地震中分擔(dān)了部分作用力，可減緩框架結(jié)構(gòu)的壓力，有一定的防倒塌作用[2]。在有抗震墻結(jié)構(gòu)的房屋或框架中，填充墻受損程度會(huì)較輕。伸縮縫寬度較窄時(shí)，在地震中相近的多層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)建筑易發(fā)生相互碰撞造成嚴(yán)重破壞。

2 多層鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析

2.1 砼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在地震災(zāi)害研究中，遭受破壞較為嚴(yán)重的房屋多表現(xiàn)為強(qiáng)梁弱柱的建筑形式。在設(shè)計(jì)中抗震等級(jí)為二級(jí)或三級(jí)的構(gòu)件，柱的配筋通常采用構(gòu)造配筋，節(jié)點(diǎn)處梁的上皮鋼筋受力。將梁支座負(fù)筋采用歸并系數(shù)且進(jìn)行一定程度的放大，易形成強(qiáng)梁弱柱這一易遭破壞的建筑特點(diǎn)。故在設(shè)計(jì)中應(yīng)一定程度的加大柱子斷面和配筋，將使用在樓板的一定寬度的配筋應(yīng)用到梁上作為梁的配筋，減小歸并系數(shù)使梁的剛度降低，確保建筑形式處于強(qiáng)柱弱梁，提高柱的延伸性，避免短柱的出現(xiàn)和其產(chǎn)生的脆性破壞[3]。

強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計(jì)可控制梁柱的破壞形態(tài)，避免脆性的剪切破壞，使其發(fā)生較好的延伸性，降低彎曲破壞。梁較于柱的塑性屈服發(fā)生較早且較多，底層柱根的塑性鉸形成的較晚，在建筑設(shè)計(jì)中不應(yīng)集中在某一層而要依照其屈服順序合理錯(cuò)開。為了確?？拐鹦阅埽鄳?yīng)的建筑規(guī)范中要求框架梁凈跨長(zhǎng)度和截面高度之比不在4以上，柱凈高和截面變長(zhǎng)之比不低于4。通過控制剪壓比，可防止斜裂縫的出現(xiàn)，有效減輕砼的破裂程度，同時(shí)降低了箍筋的使用數(shù)量[4]。

節(jié)點(diǎn)的安全可靠性是梁柱穩(wěn)定可靠發(fā)揮作用的重要前提，當(dāng)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)區(qū)域承受的外力較為復(fù)雜時(shí)，易發(fā)生斷裂或破壞，因此在框架結(jié)構(gòu)的連接區(qū)域必須做到強(qiáng)錨固和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，對(duì)箍筋的設(shè)計(jì)使用是加強(qiáng)梁柱節(jié)點(diǎn)的重要途徑，要保證節(jié)點(diǎn)不能出現(xiàn)脆性剪切破壞。

2.2 框架結(jié)構(gòu)中樓梯的抗震設(shè)計(jì)與分析

樓梯是發(fā)生地震時(shí)重要的逃生通道，其合理的抗震設(shè)計(jì)具有重大的安全意義。砌體結(jié)構(gòu)的樓梯間在地震中產(chǎn)生的破壞主要源自于與其連接的墻體，由于樓梯間自身的特點(diǎn)，與其連接的墻體量也比較多，構(gòu)件也較為集中，受到的水平力也因其水平方向的剛度相對(duì)較大而增大，支撐力較弱，造成了樓梯間構(gòu)造震害比較嚴(yán)重的情況?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的樓梯間墻體為填充墻，填充墻的剛度較大，且框架結(jié)構(gòu)剛度不能夠均勻分布，框架承受的水平壓力會(huì)隨著樓梯間的剛度而增加，也極易產(chǎn)生破壞。

板式樓梯是樓梯的主要結(jié)構(gòu)形式之一，其組成部分包括梯段板、平臺(tái)梁及平臺(tái)板。梯段板端負(fù)筋截?cái)辔恢么蠖嘣?1/4～1/3處，該部位的受力筋數(shù)量相對(duì)較少，承受壓力能力較差。在地震中，抗壓能力較差的砼達(dá)到最大耐受限度時(shí)，受拉梯段板在其薄弱的位置出現(xiàn)裂縫，此時(shí)只有鋼筋承受全部拉力[5]。鋼筋數(shù)量的不足以及其受拉鋼筋拉應(yīng)力突變使鋼筋較快的出現(xiàn)屈服狀態(tài)，并且隨著裂縫程度的增加而不斷拉伸，在地震作用下往復(fù)伸屈，最終造成梯段板斷裂。樓梯的平臺(tái)板與平臺(tái)梁與梯段板相接，受力情況較為復(fù)雜，地震中受到了空間彎矩、扭矩及剪力的共同作用。一般與框架相連的平臺(tái)梁內(nèi)力較大，損壞較為嚴(yán)重。剪跨比和軸壓比是影響柱子延伸性的主要因素，依據(jù)剪跨比的不同可將柱子歸為長(zhǎng)柱、短柱和極短柱，短柱和極短柱的破壞均屬于脆性剪切破壞，在樓梯框架結(jié)構(gòu)中，按照抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要盡量避免出現(xiàn)短柱，故樓梯梁不宜直接與框架柱現(xiàn)澆，以避免出現(xiàn)短柱，且在平臺(tái)靠踏步處設(shè)梁，由梁兩端設(shè)計(jì)建設(shè)構(gòu)造柱，平臺(tái)板外端不再設(shè)梁而梯段板外伸懸挑板避免短柱問題。

樓梯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，樓梯間不宜設(shè)置在房屋端部轉(zhuǎn)角，且不能凸出建設(shè)，砌體結(jié)構(gòu)中避免窗洞開設(shè)過大而使整個(gè)結(jié)構(gòu)的梁柱結(jié)構(gòu)破壞，需要有可靠的錨固或者連接支撐樓梯間的非承重構(gòu)件[6]。梯段板負(fù)筋要拉通，板厚度適當(dāng)增加，實(shí)現(xiàn)雙層鋼筋配置，同時(shí)對(duì)于作為傳遞樓梯支撐作用的重要構(gòu)件的樓梯平臺(tái)也應(yīng)實(shí)現(xiàn)雙向雙面配筋。平臺(tái)梁適當(dāng)增加橫截面積緩解其在震害中易受的扭力作用，在梯段板的轉(zhuǎn)角處，局部的對(duì)構(gòu)造措施進(jìn)行加強(qiáng)，在短柱框架中為防止過早的發(fā)生剪切性脆性破壞，對(duì)框架短柱可實(shí)施全高加密，或在柱身內(nèi)配置一定數(shù)量的斜向鋼筋[7]。

在樓梯的抗震設(shè)計(jì)中，其構(gòu)造與主體結(jié)構(gòu)脫離使樓梯不參與整體結(jié)構(gòu)受力是降低地震中樓梯破壞的有效途徑之一。樓梯構(gòu)造受力與整體受力相脫離，梯柱彎矩剪力值顯著降低，也降低了梯柱破壞程度，使作為豎向承重構(gòu)件框架和重要通道的樓梯相對(duì)處于安全狀態(tài)。

3 總結(jié)

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。多層鋼筋砼框架結(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)，多層鋼筋砼框架結(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。框架結(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。

[1]王奇，馬寶民.鋼筋砼現(xiàn)澆樓梯對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響[J].建筑結(jié)構(gòu)，2002，32（4）:27-29.

[2]李國(guó)勝.多高層砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中疑難問題的處理及算例[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[3]王國(guó).樓梯間處短柱對(duì)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響[D].成都:西南交通大學(xué)，2008.

[4]閆魁.關(guān)于某工程樓梯間短柱問題的處理[M].山西建筑，2006，32（18） :34-39.

[5]王俊鋒，王澤軍.樓梯間和樓梯的抗震設(shè)計(jì)淺議[M].山西建筑，2009，35（3）.

[6]胡裕地.樓梯結(jié)構(gòu)的震害分析和設(shè)計(jì)建議[J].科技視線，2009（4）:15-19.

[7]賈清霞，張煜.淺談結(jié)構(gòu)樓梯間與樓梯的震害[J].黑龍江科技信息，2009（7）.