鋼筋混凝土多層框架的抗震設(shè)計淺析

鋼筋混凝土多層框架的抗震設(shè)計淺析摘要:由于建筑抗震設(shè)計的復(fù)雜性，在實際工程中抗震概念設(shè)計就顯得尤為重要。應(yīng)熟悉鋼筋混凝土多層框架抗震設(shè)計中應(yīng)注意的問題，掌握先進的抗震設(shè)計理念，運用正確設(shè)計方法，才能設(shè)計出抗震且實用的建筑。

關(guān)鍵詞:多層框架；抗震設(shè)計；問題；設(shè)計理念

隨著預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土框架日益增多，不僅增大了房屋的柱網(wǎng)，而且改善結(jié)構(gòu)的抗裂性與剛度，加強了結(jié)構(gòu)的整體性。

一、鋼筋混凝土多層框架抗震設(shè)計應(yīng)注意的幾點問題

（一）結(jié)構(gòu)計算中幾個重要參數(shù)的合理選取

《抗震規(guī)范》第3.6.6.4條指出，所有的計算機計算結(jié)果，應(yīng)經(jīng)分析判斷確認(rèn)其合理、有效后方可用于工程設(shè)計。通常情況下，計算機的計算結(jié)果主要是結(jié)構(gòu)的自振周期、樓層地震剪力系數(shù)、樓層彈性層間位移（包括最大位移與平均位移比）和彈塑性變形驗算時樓層的彈塑性層間位移、樓層的側(cè)向剛度比、振型參與質(zhì)量系數(shù)、墻和柱的軸壓比及墻、柱、梁和板的配筋、底層墻和柱底部截面的內(nèi)力設(shè)計值、框架―抗震墻結(jié)構(gòu)抗震墻承受的地震傾覆力矩與總地震傾覆力矩的比值。超筋超限信息等等。

（二）結(jié)構(gòu)的抗震等級

在工程設(shè)計中，多數(shù)房屋建筑按其抗震設(shè)防分類屬于丙類建筑，首先，應(yīng)當(dāng)根據(jù)《建筑抗震設(shè)防分標(biāo)準(zhǔn)》（GB50223-95）確定建筑物屬于哪類建筑。乙、丙類建筑，地震作用均按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度計算。對于乙類建筑，一般情況下，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6～8度時，抗震措施應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防列度提高一度的要求。

（三）結(jié)構(gòu)周期折減系數(shù)

框架結(jié)構(gòu)及框架―抗震墻等結(jié)構(gòu)，由于填充墻的存在，使結(jié)構(gòu)的實際剛度大于計算剛度，計算周期大于實際周期，因此，算出的地震剪力偏小，使結(jié)構(gòu)偏于不安全，因而對結(jié)構(gòu)的計算周期進行折減是必要的，但對框架結(jié)構(gòu)的計算周期不折減或折減系數(shù)取得過大都是不妥當(dāng)?shù)?。對框架結(jié)構(gòu)，采用砌體填充墻時，周期折減系數(shù)可取0.6～0.7；砌體填充墻較少或采用輕質(zhì)砌塊時，可取0.7～0.8；完全采用輕質(zhì)墻體板材時，可取0.9。只有無墻的純框架，計算周期才可以不折減。

二、多層框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理念

建筑設(shè)計應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的規(guī)則性；選擇合理的建筑結(jié)構(gòu)體系；抗側(cè)力結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的延性設(shè)計。通過“強柱弱梁”避免結(jié)構(gòu)在達(dá)到預(yù)計延性能力前發(fā)生剪切破壞；通過必要構(gòu)造措施使可能形成塑性鉸的部位具有必要的塑性轉(zhuǎn)動能力和耗能能力。從而保證框架結(jié)構(gòu)這種常見的結(jié)構(gòu)形式的抗震強度。

（一）強柱弱梁

結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析表明，結(jié)構(gòu)的變形能力和破壞機制有關(guān)。常見有“梁鉸機構(gòu)”、“柱鉸機構(gòu)”、“梁柱鉸機構(gòu)”三種典型的耗能機構(gòu)?！傲恒q機構(gòu)”和“梁柱鉸機構(gòu)”的極限層間位移大，塑性鉸數(shù)量多，不因個別塑性鉸失效而結(jié)構(gòu)整體失效，因而抗震性能好，是鋼筋混凝土理想的耗能機構(gòu)。

常見的“強柱弱梁”的調(diào)整措施就是要人為增大柱子的抗彎能力，誘導(dǎo)在梁端先出現(xiàn)塑性鉸。這是考慮到柱中實際彎矩在地震中的可能增大。在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性鉸之前，結(jié)構(gòu)構(gòu)件因拉區(qū)混凝土開裂和壓區(qū)混凝土的非彈性性質(zhì)，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)退化，使得各構(gòu)件剛度降低。梁剛度降低較受壓的柱子相對嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)由最初的剪切型變形向剪彎形變形過渡，柱內(nèi)的彎矩較梁端的彎矩比例增大；同時結(jié)構(gòu)的周期加長，影響到結(jié)構(gòu)各振型的參與系數(shù)的大小；地震力系數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致部分柱子彎矩增大，由于構(gòu)造原因及設(shè)計中鋼筋的人為增大，使得梁的實際屈服強度提高，從而使得梁出現(xiàn)塑性鉸時柱內(nèi)彎矩增大。結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塑性鉸之后，同樣有上述原因的存在，而且結(jié)構(gòu)屈服后的非彈性過程就是地震力進一步增大的過程，柱彎矩隨地震力的增大而增大。地震力引起的傾覆力矩改變了柱內(nèi)的實際軸力。我們規(guī)范中的軸壓比限值一般能保證柱子在大偏壓的范圍內(nèi)，軸力的減小也能導(dǎo)致柱子屈服能力的降低。以上“強柱弱梁”的調(diào)整措施，基本滿足大震不倒地要求。

（二）強剪弱彎

“強剪弱彎”是為了保證塑性鉸截面在達(dá)到預(yù)期非彈性變形之前不發(fā)生剪切破壞。就常見的結(jié)構(gòu)而言，主要表現(xiàn)在梁端、柱端、剪力墻底部加強區(qū)、剪力墻洞口連梁端部、梁柱節(jié)點核心區(qū)。與非抗震相比，增強措施主要表現(xiàn)在提高作用剪力。

國內(nèi)外低周反復(fù)荷載作用下鋼筋混凝土連續(xù)梁及懸臂梁受剪承載力實驗表明，混凝土剪壓區(qū)剪切強度的降低、斜裂縫間骨料咬合力及縱筋暗銷力的降低是梁受剪承載力降低的主要原因。規(guī)范對混凝土的受剪承載力降為非抗震的60％，鋼筋項沒有降低。同樣，對偏壓柱受剪承載力實驗表明，反復(fù)加載使柱受剪承載力降低10％～30%，主要由混凝土項引起，采取與梁相同的作法。對剪力墻的實驗表明，其反復(fù)加載比單調(diào)加載受剪承載力降低15％～20%，采用非抗震受剪承載力乘以0.8的折減系數(shù)。梁柱節(jié)點的抗震受剪承載力由混凝土斜壓桿和水平箍筋兩部分受剪承載力組成，有關(guān)專家給出了相關(guān)公式。

為了防止梁、柱、連梁、剪力墻、節(jié)點發(fā)生斜壓破壞，我們對受剪截面規(guī)定了受剪承載力上限，即規(guī)定了配箍率的上限值。通過非彈性動力反應(yīng)分析表明，以上措施基本滿足強剪弱彎的要求。

（三）構(gòu)造措施

構(gòu)造措施是梁、柱、剪力墻塑性鉸區(qū)要達(dá)到實際需要的塑性轉(zhuǎn)動能力和耗能能力的保證，所以需要采取較嚴(yán)的構(gòu)造措施。

梁的構(gòu)造措施：梁塑性鉸截面的延性與很多因素有關(guān)，截面延性隨受拉鋼筋配筋率及屈服強度的提高而降低；隨受壓鋼筋配筋率和混凝土強度提高而提高，隨截面寬度增大而增大；塑性鉸區(qū)的箍筋可以防止縱筋的壓屈、提高混凝土極限壓應(yīng)變、阻止斜裂縫的開展、抵抗剪力，充分發(fā)揮塑性鉸的變形和耗能能力；梁高跨比越小，剪切變形比例越大，易發(fā)生斜裂縫破壞，使延性降低。梁縱筋配箍率過低，梁開裂后鋼筋可能屈服甚至拉斷。因而，規(guī)范對于梁縱筋最大配筋率和最小配筋率、箍筋加密區(qū)長度、最大間距、最小直徑、最大肢距、體積配箍率都有嚴(yán)格規(guī)定。

柱的構(gòu)造措施：柱為壓彎型受力構(gòu)件，軸壓比對延性及耗能性影響較大。軸壓比小時，柱子發(fā)生大偏壓破壞，構(gòu)件變形大，延性好，但耗能性降低；隨軸壓比的增大，耗能性增大，但是延性急劇下降，而且箍筋對延性的幫助減小。規(guī)范對軸壓比作出了限制，一般能保證在大偏壓的范圍內(nèi)。箍筋同樣也對延性起到很大的作用，約束縱筋、提高混凝土壓應(yīng)變、阻止斜裂縫發(fā)展。柱一般為對稱配筋，其縱筋配筋率越大，柱子屈服時變形越大，延性越好。因而對柱子的縱筋最小配筋率、箍筋加密區(qū)長度、最大間距、最小直徑、最大肢距、體積配箍率做出了嚴(yán)格規(guī)定。同時對柱子的高寬比、剪跨比、截面最小高度、寬度做出了規(guī)定，以提高抗震性能。

節(jié)點構(gòu)造措施：節(jié)點作為梁柱鋼筋的錨固區(qū)，對結(jié)構(gòu)性能影響很大。為保證在地震和豎向荷載作用下，節(jié)點核心區(qū)剪壓比偏低時為節(jié)點核心區(qū)提供必要的約束，保持節(jié)點在不利情況下的基本抗剪能力，使梁柱縱筋可靠錨固，對節(jié)點核心區(qū)的箍筋最大間距、最小直徑、體積配箍率做出了規(guī)定。梁柱縱筋在節(jié)點的可靠錨固是節(jié)點構(gòu)造措施的主要內(nèi)容。

剪力墻構(gòu)造措施：為保證剪力墻的延性和耗能能力，為墻肢提供約束，防止出現(xiàn)大的裂縫，規(guī)范對剪力墻的邊緣構(gòu)件做出了詳細(xì)規(guī)定；同時也對剪力墻的軸壓比作出了限制；為保證剪力墻的承載力和側(cè)向剛度，對剪力墻提出了最小墻厚的要求；為防止斜拉剪切破壞，限制斜裂縫的發(fā)展，減小溫度收縮裂縫，對剪力墻的水平、豎向分布筋的最小配筋率、最大間距、最小直徑做出了規(guī)定。

結(jié)語：地震災(zāi)害具有突發(fā)性，