淺談框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

張倫

身份證412321198407150039

淺談框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

張倫

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建筑的結(jié)構(gòu)體系主要包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)等。在這些結(jié)構(gòu)體系中，框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是不利于抗震的,因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該最大程度地保證建筑的抗震能力。建筑抗震的設(shè)計(jì)要求，是根據(jù)各地的不同環(huán)境以及建筑物的特性等因素來(lái)決定的。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，必須將各項(xiàng)因素綜合考慮進(jìn)去。這里就抗震設(shè)防對(duì)框架結(jié)構(gòu)的延性和鋼筋要求進(jìn)行分析研究。

房屋建筑；框架結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1 框架結(jié)構(gòu)在地震中的形態(tài)

箍筋彎鉤長(zhǎng)度過(guò)短，地震時(shí)錨固失效，喪失了對(duì)縱筋的支撐和對(duì)核心混凝土的約束。底層填充墻很少或沒(méi)有,造成剛度太小，形成薄弱層破壞。對(duì)填充墻的認(rèn)識(shí)不足,如窗下墻使框架長(zhǎng)柱變成短柱，發(fā)生剪切破壞。

結(jié)構(gòu)之間的變形縫間距普遍太小，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。建筑物高度不夠，尚未產(chǎn)生嚴(yán)重后果，但表面破損嚴(yán)重，會(huì)給使用人造成心理壓力，影響震后的使用。節(jié)點(diǎn)破壞的主要原因是梁柱節(jié)點(diǎn)箍筋不足甚至沒(méi)有，節(jié)點(diǎn)抗剪能力差：一種情況是節(jié)點(diǎn)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；另一種情況是節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋綁扎困難，施工時(shí)根本就沒(méi)有配置箍筋。

2 現(xiàn)有規(guī)范設(shè)計(jì)中的不足

現(xiàn)有規(guī)范設(shè)計(jì)中的不足給主體結(jié)構(gòu)的地震分析帶來(lái)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(jì)地震反應(yīng)。從目前我國(guó)規(guī)范來(lái)看，處理填充墻對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度貢獻(xiàn)時(shí)，通?？紤]將結(jié)構(gòu)自振周期折減,從而放大地震作用來(lái)整體考慮,未考慮平面及豎向填充墻體布置的不同對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

框架結(jié)構(gòu)的任意樓層不可避免地存在一定數(shù)量的填充墻,而一般來(lái)講，填充墻體會(huì)先于框架柱開(kāi)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(yàn)算的層間位移角限值必須考慮容許的填充墻體開(kāi)裂程度。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)。填充墻體與框架梁柱存在一定間隙，不同材料的填充墻體,其變形也存在一定差異，所以在多遇地震驗(yàn)算時(shí)，規(guī)范對(duì)填充墻體的剛度考慮是合理的。

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，應(yīng)該引起設(shè)計(jì)者的重視。綜合各種因素，一旦進(jìn)入彈塑性驗(yàn)算時(shí)，其層間位移超過(guò)了多遇地震下的層間位移，如果此時(shí)驗(yàn)算不考慮填充墻體的剛度，或者考慮周期折減，驗(yàn)算的結(jié)果往往存在較大誤差甚至錯(cuò)誤。此時(shí)應(yīng)計(jì)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(lái)考慮?，F(xiàn)行規(guī)范對(duì)彈塑性層間位移角限值是比較保守的，可以增大[1]。

3 建筑框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)說(shuō)明

20世紀(jì)70年代以來(lái)，人們?cè)诳偨Y(jié)大地震災(zāi)害經(jīng)驗(yàn)中提出了概念設(shè)計(jì)這一概念。概念設(shè)計(jì)是指正確地解決總體方案、材料使用和細(xì)部構(gòu)造，以達(dá)到進(jìn)行合理抗震設(shè)計(jì)的目的。掌握概念設(shè)計(jì)將有助于明確抗震設(shè)計(jì)思想,靈活恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用抗震設(shè)計(jì)原則，不致于陷入盲目的計(jì)算工作，做到比較合理地進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

地震對(duì)建筑物作用的顯著特點(diǎn)是與建筑物本身、場(chǎng)地土的動(dòng)力特性有關(guān)。當(dāng)?shù)卣鸩◤恼鹪唇?jīng)過(guò)基巖傳播到建筑場(chǎng)地后，地表土相當(dāng)于一個(gè)放大器和一個(gè)濾波器。一方面把基巖的加速度放大。地表土越深，土質(zhì)越差，這種放大作用越顯著，對(duì)建筑物產(chǎn)生的震害也越大。另一方面，各種不同頻率組成的地震波通過(guò)地表土?xí)r,與場(chǎng)地土自振周期一致的成分得到放大，不一致的成分衰減。地表土起到了濾波器的作用，使地震波的主頻率與場(chǎng)地卓越周期的頻率一致。建筑物在地震作用下要受到慣性力，使建筑物產(chǎn)生內(nèi)力與位移。地震力的大小與建筑物的質(zhì)量和剛度有關(guān)。

在同等烈度的場(chǎng)地條件下，建筑物的自重越大，受到的地震力也越大，因此，減輕結(jié)構(gòu)自重，不僅可以節(jié)省建筑材料，而且有利于抗震。同樣，結(jié)構(gòu)剛度越大，周期越短，受到地震力也越大，因此，建筑的剛度不宜過(guò)大。在滿(mǎn)足許可位移的前提下,可以適當(dāng)調(diào)整建筑物的剛度，適當(dāng)延長(zhǎng)建筑物的周期，降低地震力，這會(huì)有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 房屋建筑框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)采取的措施

裝修改造工程必須嚴(yán)格遵守國(guó)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。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(jì)算分析時(shí)，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。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。設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，考慮可能出現(xiàn)的短柱，在設(shè)計(jì)中予以加強(qiáng)。

框架結(jié)構(gòu)抗震措施：在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)力求做到在地震作用下的框架呈現(xiàn)梁鉸型延性機(jī)構(gòu)。為減少梁端塑性鉸區(qū)發(fā)生脆性剪切破壞的可能性，梁的變形能力主要取決于梁端的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，而塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力與截面混凝土受壓區(qū)相對(duì)高度有關(guān)。梁底面和頂面縱向鋼筋的比值同樣對(duì)梁的變形能力有較大影響，梁底面的鋼筋可增加負(fù)彎矩時(shí)的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，還能防止在地震中梁底出現(xiàn)正彎矩時(shí)過(guò)早屈服或破壞過(guò)重。

彎矩調(diào)整：框架結(jié)構(gòu)的變形能力與框架的破壞機(jī)制密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)研究表明，梁先屈服可使整個(gè)框架有較大的內(nèi)力重分布和能量耗散能力。柱一般在軸向壓力作用下，其延性通常比梁的要小。如果不采取“強(qiáng)柱弱梁”措施，柱端很可能比梁端先出現(xiàn)塑性鉸。因此適當(dāng)調(diào)整柱計(jì)算內(nèi)力并增大配筋，使塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端，抗震性能較好。

對(duì)于一、二、三級(jí)框架節(jié)點(diǎn)的上下柱端，其組合的彎矩設(shè)計(jì)值之和∑MSc應(yīng)按下式調(diào)整：

由于抗震規(guī)范規(guī)定的柱端彎矩增大措施只能適度推遲柱端塑性鉸的出現(xiàn)，而不能避免出現(xiàn)柱端塑性鉸，因此對(duì)柱端也應(yīng)提出“強(qiáng)剪弱彎”要求，避免柱底部在彎曲破壞之前出現(xiàn)剪切破壞。對(duì)于一、二、三級(jí)框架柱的柱端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值V應(yīng)按下式調(diào)整：

同時(shí)，抗震設(shè)防烈度為9度和一級(jí)框架還要符合：

式中，ηVc為柱端剪力增大系數(shù)，一、二、三級(jí)框架分別取1.4、1.3、1.2。Mcb、Mct、Mcuab、Mcuat分別為柱上下端截面組合時(shí)的彎矩設(shè)計(jì)值和實(shí)配的鋼筋按標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的所能承擔(dān)的彎矩值。

控制柱的軸壓比越大導(dǎo)致柱的抗壓強(qiáng)度儲(chǔ)備越低，在地震時(shí)混凝土容易壓碎而導(dǎo)致柱的損壞，限制柱軸壓比可提高柱的延性。

5 結(jié)語(yǔ)

建筑框架結(jié)構(gòu)雖然是抗震的不利結(jié)構(gòu)形式，但是為了避免地震給人類(lèi)帶來(lái)大的巨大災(zāi)難，框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)克服框架結(jié)構(gòu)的諸多弊端，運(yùn)用科學(xué)有效的方法和手段，確保建筑結(jié)構(gòu)安全,從而實(shí)現(xiàn)建筑正常的使用功能。抗震設(shè)計(jì)要保證建筑小震不破壞,大震不倒塌，達(dá)到安全而經(jīng)濟(jì)的目的。

[1]萬(wàn)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(bào)自然科學(xué)版,2008,40(5)：631-636.