鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能分析

張曉東+武偉

摘 要：文章將基于筆者多年的工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在結(jié)合相應(yīng)實(shí)際工程基礎(chǔ)上重點(diǎn)圍繞于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能展開分析，并對(duì)其應(yīng)用的發(fā)展進(jìn)行探究，以期為推動(dòng)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)更好地應(yīng)用貢獻(xiàn)自己綿薄之力。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土框架；抗震性能；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用發(fā)展

1 工程概況

本工程位于滎陽(yáng)市區(qū)，北鄰索河西路，西鄰城市次干道河陰路，南臨朝陽(yáng)巷。總建筑面積為152456.42m2，地下室共兩層，其中地下二層為人防設(shè)計(jì)。地上分為1#病房樓、2#病房樓、醫(yī)技樓、感染樓、綜合站房、門急診樓、門診醫(yī)技樓，本工程分兩期施工，其中一期工程為1#病房樓、醫(yī)技樓、感染樓、綜合站房。主體結(jié)構(gòu)形式框架結(jié)構(gòu)，本工程質(zhì)量要求高，質(zhì)量目標(biāo)為魯班獎(jiǎng)。

2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能存在的問(wèn)題

2.1 許多設(shè)計(jì)大多數(shù)情況下通過(guò)緊扣軸壓比限值，框架柱截面偏小，樓板與框架梁現(xiàn)澆，兩者同時(shí)作用時(shí)，整體工作能力增強(qiáng)，框架梁的抗彎剛度和抗彎承載力得到明顯提高。配箍不足，箍筋拉結(jié)或彎鉤等構(gòu)造措施會(huì)使柱剪切被破壞。由于填充墻剛度和強(qiáng)度有一定的值，地震時(shí)，柱頂端會(huì)產(chǎn)生偏心支撐的反應(yīng)，可能會(huì)破壞框架柱或節(jié)點(diǎn)的剪切。小震下的彈性設(shè)計(jì)內(nèi)力是明顯不同于大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性內(nèi)力，即使對(duì)彈性內(nèi)力進(jìn)行重新配置，然后再進(jìn)行配筋，柱的實(shí)際抗彎承載力比梁的大也存在不確定性，這樣，就無(wú)法達(dá)到“強(qiáng)柱弱梁”的要求。

2.2 在地震的過(guò)程中，樓梯會(huì)發(fā)揮其支撐作用，承受來(lái)自地震的拉力和壓力，地震較大、樓梯板配筋不足的時(shí)候，受拉屈服或拉斷，受壓時(shí)就會(huì)出現(xiàn)壓彎破壞的情況。地震影響下出現(xiàn)的弱柱強(qiáng)梁，因?yàn)榻ㄖδ芤?，在結(jié)構(gòu)布置時(shí)形成的短柱，因?yàn)榇跋绿畛鋲π纬傻亩讨榷加锌赡苁窃斐煽蚣苤茐牡脑?。工程中因?yàn)榻ㄖ?chǎng)地的限制和設(shè)計(jì)功能要求的限制的雙重原因，出現(xiàn)平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象，通過(guò)多數(shù)的震害，表明，在地震中破壞較規(guī)則結(jié)構(gòu)程度最為嚴(yán)重的就是不規(guī)則結(jié)構(gòu)，究其根源，就是扭轉(zhuǎn)變形的出現(xiàn)。

2.3 因?yàn)榈讓哟蠖酁樯啼伝蛲＼噲?chǎng)的原因，存在很少的填充墻，低層框架在震區(qū)中隨處可見；旅館或住宅多在上部，填充墻密集排列，這樣上剛下柔的結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)了，進(jìn)而，底層成為了柔弱層，并發(fā)生了層屈服機(jī)制。當(dāng)均勻的布置各層的填充墻或隔墻的時(shí)候，不會(huì)出現(xiàn)突發(fā)情況，我們可以不作任何考慮；但是一旦各層布置出現(xiàn)不均勻的情況，我們應(yīng)該慎重考慮其不合理結(jié)構(gòu)給機(jī)構(gòu)抗震帶來(lái)的不利影響，特別是底層少填充墻或隔墻的時(shí)候，從而避免主體結(jié)構(gòu)被破壞的情況的出現(xiàn)。由于框架結(jié)構(gòu)中的其他非短柱的剛度很低，短柱在地震的影響下，會(huì)吸收很多的地震作用，進(jìn)而，相對(duì)同層其他非短柱，短柱的耗能能力相對(duì)較低，所以，在地震作用下，會(huì)首先遭到破壞。

3 提高鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的措施

3.1 調(diào)整框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)是實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的重要途徑，然后再進(jìn)行配筋。結(jié)構(gòu)抗倒塌，應(yīng)大力落實(shí)消能減震技術(shù)，該技術(shù)是通過(guò)在框架中安置消能器，進(jìn)而通過(guò)消能器來(lái)消耗地震作用結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的震動(dòng)能量。只是單單具有較高的強(qiáng)度卻沒有塑性的較脆性的建筑構(gòu)造，其吸收的能量就會(huì)相對(duì)較少，在遭受超過(guò)設(shè)計(jì)水平地震的作用時(shí)，就容易因?yàn)榇嘈缘钠茐膶?dǎo)致倒塌。當(dāng)建筑物遭遇相當(dāng)于本地區(qū)設(shè)防烈度或低于本地區(qū)設(shè)防烈度時(shí)，應(yīng)避免填充墻發(fā)生破壞，尤其是對(duì)于公共建筑。

3.2 我們可以通過(guò)確保重點(diǎn)區(qū)砼強(qiáng)度和配置充足數(shù)目的箍筋來(lái)避免節(jié)點(diǎn)重點(diǎn)區(qū)的太早剪切破壞，而強(qiáng)錨固要求則是通過(guò)在靜力設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上疊加必定的抗震附加錨固長(zhǎng)度，運(yùn)用鋼筋錨固端的機(jī)械錨固訂的方法。根據(jù)對(duì)非線性結(jié)構(gòu)方法的分析，我們可以通過(guò)彈塑性位移角來(lái)對(duì)腋撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確地震害預(yù)測(cè)。通過(guò)施加鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力，增強(qiáng)框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土的約束，讓他處于一種雙向受力的狀態(tài)，對(duì)提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力有明顯的效果。

3.3 基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論，以結(jié)構(gòu)的彈塑性位移角作為腋撐轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的整體性能指標(biāo)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)抗倒塌，有利于減少框架結(jié)構(gòu)抵抗超烈度地震時(shí)所帶來(lái)的影響。建筑平面上布置的填充墻，應(yīng)均勻分布他的結(jié)構(gòu)剛度，質(zhì)量中心和剛度中心也應(yīng)該盡量重合，從而避免結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)的情況。對(duì)于混凝土框架節(jié)點(diǎn)，我們可以加強(qiáng)其預(yù)應(yīng)力作用。

3.4 為確保梁柱屈服后節(jié)點(diǎn)仍對(duì)其有限制作用，框架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要嚴(yán)格依照有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行。框架構(gòu)造“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則關(guān)鍵，由設(shè)計(jì)剪力的計(jì)算、抗剪承載力計(jì)算公式的選擇和必要的構(gòu)造辦法來(lái)展現(xiàn)。腋撐式新型轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在梁柱交接處增設(shè)斜撐改變結(jié)構(gòu)的傳力模式，減少了轉(zhuǎn)換梁的端部剪力、彎矩和梁跨，進(jìn)而大大減少轉(zhuǎn)換梁的截面尺寸和配筋，能較好地滿足了建筑藝術(shù)和建筑功能日益提高的需求。填充墻的布置應(yīng)盡量考慮整體結(jié)構(gòu)豎向剛度分布均勻，避免形成軟弱層。

4 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的應(yīng)用發(fā)展

4.1 抗震等級(jí)越高，對(duì)建筑物要求愈高，對(duì)延性的需求也愈高，地震區(qū)的混凝土建筑，要把建筑構(gòu)造抗震延性設(shè)計(jì)做優(yōu)先考量。在關(guān)于鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題上，將“概念設(shè)計(jì)”和“構(gòu)造措施”兩方面巧妙綜合在一起，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安全經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出理論基礎(chǔ)。在建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的過(guò)程中，傳統(tǒng)方法的局限性日益暴露，新型的抗震加固方法則體現(xiàn)出更高的靈活性和適用性。在樓梯設(shè)計(jì)的時(shí)候，框架結(jié)構(gòu)僅僅考慮靜荷載和活荷載的作用，而當(dāng)前更多的板式樓梯大多數(shù)情況下，只在梯板下配置受彎鋼筋。鋼筋混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)被廣泛運(yùn)用，很重要的原因是其因技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

4.2 抗震理論的不斷發(fā)展，抗震研究的不斷深入，抗震加固的方法也日益增多。為了提高鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，必須保證梁柱縱向鋼筋和框架節(jié)點(diǎn)區(qū)有正確可靠的錨固，對(duì)框架節(jié)點(diǎn)區(qū)域箍筋的檢查驗(yàn)收工作應(yīng)加強(qiáng)重視程度，加強(qiáng)關(guān)于框架節(jié)點(diǎn)區(qū)域混凝土施工質(zhì)量控制，必須加強(qiáng)框架填充墻、施工縫、防裂縫、原材料及其它方面的質(zhì)量控制。利用ANSYS和ETABS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性地震分析，反映了此類結(jié)構(gòu)體系在地震作用下的動(dòng)力特性，解決了設(shè)計(jì)中的疑難問(wèn)題，并校驗(yàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的合理性。讓鋼筋混凝土超靜定構(gòu)造可以依塑性辦法實(shí)行設(shè)計(jì)，獲得有利的彎矩部署，讓配筋合理，節(jié)省材料，并且方便施工。

4.3 在超高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方面具有重大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。薄弱底層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，滿足了建筑某些特殊功能需要，提高了使用方便程度，在其底部一層，有很少的填充墻，有很大的空間，上部結(jié)構(gòu)采用密集填充墻分隔方案。結(jié)構(gòu)抗震的主要目標(biāo)是獲得更好的結(jié)構(gòu)性能，減少地震對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷及其引起的殘余側(cè)移。高強(qiáng)鋼筋在柱中的有效應(yīng)用，將減少結(jié)構(gòu)形成樓層側(cè)移破壞機(jī)構(gòu)的潛在危險(xiǎn)性，在不顯著增加結(jié)構(gòu)造價(jià)的情況下，可使結(jié)構(gòu)的抗震安全性顯著增加，并具有更好的震后修復(fù)性。在構(gòu)造上采用的許多恰當(dāng)?shù)拇胧沟媒Y(jié)構(gòu)擁有足夠的延性，進(jìn)而結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的變形能力，有效的降低了倒塌出現(xiàn)的概率。

參考文獻(xiàn)

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