混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計探析

劉芳

摘要：一個優(yōu)秀的建筑設計師，必須充分重視建筑抗震設計技術(shù)，不斷地思考、總結(jié)和創(chuàng)新，并進行深入系統(tǒng)的理論分析。只有開發(fā)合理而可靠的結(jié)構(gòu)抗震設計理論和方法，才能在建筑抗震設計中更好地發(fā)揮建筑設計師的應有作用。本文分析了地震對混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑物的破壞，探討了混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計方法。

關(guān)鍵詞：框架結(jié)構(gòu)；混凝土；抗震設計方法

在混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計中，通過“強節(jié)弱桿、強剪弱彎、強壓弱拉、強柱弱梁”四強四弱抗震措施的采取，實現(xiàn)混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設防目標，是混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計的核心。在混凝土框架抗震設計兩階段設計中，在混凝土框架結(jié)構(gòu)方案布置符合抗震設計原則前提下，通過第一階段多遇地震作用下延性框架的設計，落實了混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計要求，減輕了大地震對框架結(jié)構(gòu)的破壞作用，建立混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計抗震機制，最終可實現(xiàn)抗震設防目標。

一、地震對混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑物的破壞

1.混凝土框架結(jié)構(gòu)的承重體系是由梁板柱三種構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系。從施工角度來說，這種結(jié)構(gòu)的施工速度是比較快的，也比較簡易，而且在使用功能上也比較靈活?？梢愿鶕?jù)用戶的要求進行隔墻布置，是一種比較實用的結(jié)構(gòu)體系。

2.地震使承重結(jié)構(gòu)承載力不足或變形過大，引起的框架梁﹑柱的破壞和填充墻的破壞、結(jié)構(gòu)喪失整體性的破壞和地基失效破壞?？蚣芰憨p柱的破壞主要反映在節(jié)點處。柱的破壞重于梁；柱頂?shù)钠茐闹赜谥祝唤侵钠茐闹赜趦?nèi)柱；短柱的破壞重于一般柱。混凝土框架結(jié)構(gòu)的磚砌填充墻遇到地震時破壞較為嚴重，一般7 度就出現(xiàn)裂縫。端墻、窗間墻及門窗洞口邊角部分裂縫最多，9 度以上填充墻大部分即會倒塌，原因是在強烈的地震作用下，框架的層間位移較大，因填充墻砌體的極限變形很小，在往復水平地震作用下，即產(chǎn)生斜裂縫甚至倒塌。混凝土框架結(jié)構(gòu)的變形為剪切型，下部層間位移較大，因此填充墻的破壞在房屋中下部幾層較嚴重。

二、混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計方法

1.應重視框架梁柱節(jié)點的設計，保證其具有滿足要求的承載力。

（1）框架節(jié)點是聯(lián)系梁柱的重要部件，只有節(jié)點具有了足夠的承載力，才能保證梁柱充分發(fā)揮其承載能力和變形能力，從而使整體結(jié)構(gòu)具有良好的抗震能力。因而建筑抗震規(guī)范從概念設計的角度規(guī)定了“構(gòu)件節(jié)點的破壞，不應先于其連接的構(gòu)件”，同時也規(guī)定“一、二、三級框架的節(jié)點核芯區(qū)，應進行抗震驗算；四級框架節(jié)點核芯區(qū)，可不進行抗震驗算，但應符合抗震構(gòu)造措施的要求”及一些加強節(jié)點的構(gòu)造要求。

圖1 框架節(jié)點破壞

（2）從大量震害實例來看，節(jié)點的破壞形式主要有： 節(jié)點區(qū)域混凝土被壓碎，箍筋斷裂或松脫，縱筋壓曲外鼓等（圖1） 。從目前的一些設計來看，很多設計人員并未重視對節(jié)點的設計，設計中經(jīng)常出現(xiàn)節(jié)點區(qū)域的抗剪能力不足、節(jié)點區(qū)域的箍筋實配梁少于計算量、節(jié)點區(qū)域的箍筋肢距或配箍率不滿足要求、節(jié)點區(qū)域的實際混凝土強度等級低于計算、梁柱的偏心距較大而未采取合理的加強措施等，這些都會導致節(jié)點的承載力不足，使節(jié)點在地震中成為薄弱部位。設計中應有針對性地對節(jié)點采取加強措施，在使節(jié)點設計滿足有關(guān)規(guī)定的前提下，還宜適當提高節(jié)點區(qū)域的配箍率和加密箍筋間距和肢距，加強箍筋對混凝土和縱筋的約束，進一步提高節(jié)點的承載力和延性。

2.應采取措施，避免結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)破壞。

（1）地震中，很多建筑結(jié)構(gòu)端部構(gòu)件破壞嚴重，甚至已局部倒塌。結(jié)構(gòu)平面端部的破壞一般由結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)引起，結(jié)構(gòu)在地震作用下的扭轉(zhuǎn)變形很難形成整體結(jié)構(gòu)的延性耗能機制，即使在設計時采取了保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性的構(gòu)造措施，整體結(jié)構(gòu)有可能仍不具有設計期望的延性。

（2）對于結(jié)構(gòu)的位移比，按規(guī)定樓層的豎向構(gòu)件最大彈性水平位移（或?qū)娱g位移），不宜大于該樓層兩端彈性水平位移（ 或?qū)娱g位移） 平均值的1.5倍。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3）規(guī)定在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層的豎向構(gòu)件最大彈性水平位移和層間位移與該樓層的平均值的比值，A、B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑、復雜高層建筑不宜大于1.2，A級高度高層建筑不應大于1.5，B級高度高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑、復雜高層建筑不應大于1.4。在結(jié)構(gòu)設計時，嚴格控制結(jié)構(gòu)位移比，使之滿足規(guī)范要求是非常必要的。

（3）眾所周知，由于地震作用的不確定性和地震作用中扭轉(zhuǎn)分量的實際存在，即使設計為平面簡單、規(guī)則、對稱、荷載布置均勻的結(jié)構(gòu)，在地震中也會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，當結(jié)構(gòu)第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1比較接近時，說明結(jié)構(gòu)的抗扭剛度偏小，結(jié)構(gòu)在地震中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動的可能性很大，當建筑結(jié)構(gòu)（ 包括多層結(jié)構(gòu)） 的周期比不小于0.90時，結(jié)構(gòu)在地震中極易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)破壞，為避免結(jié)構(gòu)在地震中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)破壞，設計中仍應采取有效措施提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度或提高結(jié)構(gòu)的抗扭承載能力。

3.提高混凝土強度等級。為滿足框架柱軸壓比要求及避免框架柱截面尺寸過大，在抗震結(jié)構(gòu)設計中（尤其是高層結(jié)構(gòu)抗震設計中）常取框架柱的混凝土強度等級高于梁板的強度等級，有時高出幾個等級。高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計是十分復雜的任務，需要在每一個環(huán)節(jié)充分考慮，根據(jù)國內(nèi)一些工程實踐，較成熟的施工方法如下。第一，為滿足“強節(jié)點”的概念設計，節(jié)點區(qū)混凝土強度等級與柱相同。第二，先澆注高等級混凝土，后澆注低等級混凝土。第三，應確定合理的配合比，嚴格控制施工配料，并在現(xiàn)場測控坍落度，加強對混凝土的養(yǎng)護，以防梁端高低等級混凝土交界處附近出現(xiàn)混凝土收縮裂縫。

4.截面尺寸不宜太小。第一，框架梁是框架地震作用下的主要耗能構(gòu)件，因此，梁特別是梁的塑性鉸區(qū)應保證有足夠的延性。影響延性的因素有：梁柱剪跨比、梁柱剪壓比、柱軸壓比等。在地震作用下，梁端塑性鉸區(qū)保護層容易脫落，如梁截面高度過小，則截面損失比例較大。第二，框架柱是框架結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件，應具有較高的承載能力和變形、耗能能力。而且，框架柱截面尺寸太小，箍筋不充分，柱的延性與抗震能力不足會導致脆性剪切破壞或柱頭壓碎。

地震所產(chǎn)生的地面運動有很大的隨機性，不同地點所發(fā)生地震的波形是完全不同的，從而它對建筑物所產(chǎn)生的作用是很不相同的。所以，抗震設計所考慮的地是不確定的，也不能準確地預測，更難以確切地估計。因此，抗震設計必須留有較多的余地。正確合理地采取抗震構(gòu)造措施，能最大限度地減少地震損失，防止結(jié)構(gòu)脆性破壞與倒塌。

參考文獻：

[1]張志俊，論混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設計[J].黃岡職業(yè)技術(shù)學院學報，2011

（2）.

[2]《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011-2010.

[3]柳炳康. 荷載與結(jié)構(gòu)設計方法[M]. 武漢： 武漢理工大學出版社， 2011： 68-83.

[4]建筑抗震設計規(guī)范（ GB50011—2010） 統(tǒng)一培訓教材[M].北京： 地震出版社，2010.