框架结构抗震设计

关键词：房屋建筑；框架结构；抗震；设计要点 

　　引言：建筑的结构体系主要包括了框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等。在这些结构体系中，框架结构的设计是不利于抗震的、因此，在设计过程中，更应该加强抗震设计这一部分，从而最大程度地保证建筑的抗震能力。建筑抗震的设计要求，是根据各地的不同环境以及建筑物的特性等因素来决定的。在抗震设计时，必须要将各项因素都综合考虑进去。本文就抗震设防对框架结构的延性和钢筋要求，进行分析研究。 

　　1、框架结构在地震中的形态 

　　1.1、箍筋弯钩长度过短，地震时锚固失效，丧失了对纵筋的支撑和对核心混凝土的约束。底层填充墙很少或没有，造成刚度太小形成薄弱层破坏，框架结构极少发现整体垮塌的现象。对填充墙的认识不足，如窗下墙使框架长柱变成短柱，发生剪切破坏。 

　　1.2、结构之间的变形缝间距普遍太小，且建筑和结构的构造不合理，导致在地震中出现相互碰撞的情况由于建筑物高度不大，尚未产生严重后果但表面破损严重，会给使用人造成心理压力，影响震后的使用，框架填充墙体破坏严重。节点破坏其主要原因是梁柱节点箍筋不足甚至没有，节点抗剪能力差。一种情况是节点区的箍筋绑扎不够牢靠，振捣混凝土时，箍筋往下滑移至柱顶区域；另一种情况是节点区箍筋绑扎困难，施工时根本就没有配置箍筋。 

　　2.现有规范设计中的不足 

　　2.1、给主体结构的地震分析带来困难，不易选取合适的结构抗震分析模型， 不易正确地估计地震反应从目前我国规范来讲，处理填充墙对结构侧向刚度贡献时，通常考虑将结构自振周期折减，从而放大地震作用来整体考虑，而未考虑平面及竖向填充墙体布置的不同对结构的影响。框架结构的任意楼层不可避免存的在一定数量的填充墙，而一般来讲，填充墙体会先于框架柱开裂。因此，为避免填充墙这一非结构构件受到较大损坏，用于层间位移验算的层间位移角限值必须考虑容许的填充墙体开裂程度。建议将框架多遇地震作用下弹性层间位移角限值适当减小，而多遇地震作用主要是保证结构为弹性状态，结构主要构件不同。由于填充墙体与框架梁柱存在一定间隙，并且不同材料的填充墙体，其变形也存在一定差异。故在多遇地震验算时，规范对填充墙体的刚度考虑是合理的。 

　　2.2、填充墙处理不当，往往引起主体结构的破坏，如形成短柱，产生剪切破坏这一点，应该引起设计者的重视。综合各种因素，一旦进入弹塑性验算时，其层间位移超过了多遇地震下的层间位移，如果此时验算不考虑填充墙体的刚度计入，或者考虑周期折减，这种考虑将太过粗糙，验算的结果往往存在较大误差甚至错误。此时应计入填充墙体刚度的影响，可将其折算成混凝土剪力墙结构来计入考虑，其现行规范对弹塑性层间位移角限值是比较保守的，可以增大。 

　　3、建筑框架结构抗震设计说明 

　　3.1、 20世纪70年代以来，人们在总结大地震灾害经验中提出了“概念设计”，概念设计是指正确地解决总体方案、材料使用和细部构造，以达到进行合理抗震设计的目的。掌握概念设计，将有助于明确抗震设计思想，灵活恰当地运用抗震设计原则，使不致于陷入盲目的计算工作，做到比较合理地进行抗震设计。 

　　3.2、地震对建筑物作用的显著特点是与建筑物本身、场地土的动力特性有关。当地震波从震源经过基岩传播到建筑场地后，地表土相当于一个放大器和一个滤波器。它一方面把基岩的加速度放大，地表土越深，土质越差，放大作用越显著，对建筑物产生的震害也越大；另一方面由各种不同频率组成的地震波通过地表土时，与场地土自振周期一致的成分得到放大，不一致的成分衰减，地表土起到了滤波器的作用，使地震波的主频率与场地卓越周期的频率一致。建筑物在地震作用下要受到惯性力，使建筑物产生内力与位移。地震力的大小与建筑物的质量和刚度有关。在同等烈度的场地条件下，建筑物的自重越大，受到的地震力也越大，因此，减轻结构自重，不仅可以节省建筑材料，而且有利于抗震。同样，结构刚度越大，周期越短，受到地震力也越大，因此，建筑的刚度不宜过大。在满足许可位移的前提下，可以适当调整建筑物的刚度，适当延长建筑物的周期，降低地震力，这会有很大的经济效益。 

　　4、房屋建筑框架结构抗震设计采取的措施 

　　4.1、对于装修改造工程，必须严格遵守国家有关规定，不得损坏原有建筑结构，要确保结构安全。做好细部构造，使非结构构件成为抗震结构的一部分，在计算分析时，充分考虑非结构构件的质量刚度强度和变形能力。选用合理的抗震结构，加强结构的主体刚度，以减小主体结构的变形量，防止非结构构件的破坏。设计过程中，应充分考虑非结构构件对主体结构的影响，并考虑可能出现的短柱，在设计中予以加强。 

　　4.2、框架结构抗震措施 

　　4.2.1、在框架结构设计中，应力求做到在地震作用下的框架呈现梁铰型延性机构，为减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性，梁的变形能力主要取决于梁端的塑性转动能力，而塑性转动能力与截面混凝土受压区相对高度有关；梁底面和顶面纵向钢筋的比值同样对梁的变形能力有较大影响，梁底面的钢筋可增加负弯矩时的塑性转动能力，还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重。 

　　4.2.2、弯矩调整：框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关，实验研究表明，梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量耗散能力，柱一般在轴向压力作用下，其延性通常比梁的要小，如果不采取“强柱弱梁”措施，柱端很可能比梁端先出现塑性铰。因此适当调整柱计算内力并增大配筋，使塑性铰首先出现在梁端，抗震性能较好。对于一、二、三级框架节点的上下柱端，其组合的弯矩设计值之和∑MSc应按下式调整： 

　　∑Mc=ηc∑Mb 

　　由于抗震规范规定的柱端弯矩增大措施只能适度推迟柱端塑性铰的出现，而不能避免出现柱端塑性铰，因此对柱端也应提出“强剪弱弯”要求，避免柱底部在弯曲破坏之前出现剪切破坏。对于一、二、三级框架柱的柱端截面组合的剪力设计值V应按下式调整： 

　　V=ηVc（Mcb + Mct）/ Hn， 

　　同时，抗震设防烈度为9度和一级框架还要符合：V=1.2（Mcuab + Mcuat）/Hn，式中，ηVc为柱端剪力增大系数，一、二、三级框架分别取1.4、1.3、1.2。Mcb、Mct、Mcuab、Mcuat 分别为柱上下端截面组合时的弯矩设计值和实配的钢筋按标准值计算的所能承担的弯矩值。 

　　控制柱的轴压比：轴压比越大导致柱的抗压强度储备越低，在地震时混凝土容易压碎而导致柱的破坏，限制柱轴压比可提高柱的延性。 

　　5、结束语 

　　建筑框架结构虽然是抗震的不利结构形式，为了避免地震给人类带来大的巨大灾难，克服框架结构的诸多弊端，运用科学有效的方法和手段，确保建筑结构安全，从而实现建筑正常的使用功能。指出抗震设计要保证建筑小震不破坏，大震不倒塌，达到安全而经济的目的。 

　　参考文献： 

　　[1]万杰，何梅，郭华.汶川地震后建筑构造抗震措施之反思[J].西安建筑科技大学学报自然科学版.2008，40（5）：631―636. 

　　[2]郭阳照，黄慧敏，郭永恒等.云南盐津地震房屋震害分析[J] 震灾防御技术，2006，1（4）：353―358.