钢筋混凝土多层框架的抗震设计浅析

钢筋混凝土多层框架的抗震设计浅析摘要:由于建筑抗震设计的复杂性，在实际工程中抗震概念设计就显得尤为重要。应熟悉钢筋混凝土多层框架抗震设计中应注意的问题，掌握先进的抗震设计理念，运用正确设计方法，才能设计出抗震且实用的建筑。

关键词:多层框架；抗震设计；问题；设计理念

随着预应力混凝土技术的发展，预应力混凝土框架日益增多，不仅增大了房屋的柱网，而且改善结构的抗裂性与刚度，加强了结构的整体性。

一、钢筋混凝土多层框架抗震设计应注意的几点问题

（一）结构计算中几个重要参数的合理选取

《抗震规范》第3.6.6.4条指出，所有的计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。通常情况下，计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋、底层墙和柱底部截面的内力设计值、框架―抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值。超筋超限信息等等。

（二）结构的抗震等级

在工程设计中，多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑，首先，应当根据《建筑抗震设防分标准》（GB50223-95）确定建筑物属于哪类建筑。乙、丙类建筑，地震作用均按本地区抗震设防烈度计算。对于乙类建筑，一般情况下，当抗震设防烈度为6～8度时，抗震措施应符合本地区抗震设防列度提高一度的要求。

（三）结构周期折减系数

框架结构及框架―抗震墙等结构，由于填充墙的存在，使结构的实际刚度大于计算刚度，计算周期大于实际周期，因此，算出的地震剪力偏小，使结构偏于不安全，因而对结构的计算周期进行折减是必要的，但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的。对框架结构，采用砌体填充墙时，周期折减系数可取0.6～0.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时，可取0.7～0.8；完全采用轻质墙体板材时，可取0.9。只有无墙的纯框架，计算周期才可以不折减。

二、多层框架结构抗震设计理念

建筑设计应注意结构的规则性；选择合理的建筑结构体系；抗侧力结构和构件的延性设计。通过“强柱弱梁”避免结构在达到预计延性能力前发生剪切破坏；通过必要构造措施使可能形成塑性铰的部位具有必要的塑性转动能力和耗能能力。从而保证框架结构这种常见的结构形式的抗震强度。

（一）强柱弱梁

结构动力反应分析表明，结构的变形能力和破坏机制有关。常见有“梁铰机构”、“柱铰机构”、“梁柱铰机构”三种典型的耗能机构。“梁铰机构”和“梁柱铰机构”的极限层间位移大，塑性铰数量多，不因个别塑性铰失效而结构整体失效，因而抗震性能好，是钢筋混凝土理想的耗能机构。

常见的“强柱弱梁”的调整措施就是要人为增大柱子的抗弯能力，诱导在梁端先出现塑性铰。这是考虑到柱中实际弯矩在地震中的可能增大。在结构出现塑性铰之前，结构构件因拉区混凝土开裂和压区混凝土的非弹性性质，钢筋与混凝土之间的粘结退化，使得各构件刚度降低。梁刚度降低较受压的柱子相对严重，结构由最初的剪切型变形向剪弯形变形过渡，柱内的弯矩较梁端的弯矩比例增大；同时结构的周期加长，影响到结构各振型的参与系数的大小；地震力系数发生变化，导致部分柱子弯矩增大，由于构造原因及设计中钢筋的人为增大，使得梁的实际屈服强度提高，从而使得梁出现塑性铰时柱内弯矩增大。结构出现塑性铰之后，同样有上述原因的存在，而且结构屈服后的非弹性过程就是地震力进一步增大的过程，柱弯矩随地震力的增大而增大。地震力引起的倾覆力矩改变了柱内的实际轴力。我们规范中的轴压比限值一般能保证柱子在大偏压的范围内，轴力的减小也能导致柱子屈服能力的降低。以上“强柱弱梁”的调整措施，基本满足大震不倒地要求。

（二）强剪弱弯

“强剪弱弯”是为了保证塑性铰截面在达到预期非弹性变形之前不发生剪切破坏。就常见的结构而言，主要表现在梁端、柱端、剪力墙底部加强区、剪力墙洞口连梁端部、梁柱节点核心区。与非抗震相比，增强措施主要表现在提高作用剪力。

国内外低周反复荷载作用下钢筋混凝土连续梁及悬臂梁受剪承载力实验表明，混凝土剪压区剪切强度的降低、斜裂缝间骨料咬合力及纵筋暗销力的降低是梁受剪承载力降低的主要原因。规范对混凝土的受剪承载力降为非抗震的60％，钢筋项没有降低。同样，对偏压柱受剪承载力实验表明，反复加载使柱受剪承载力降低10％～30%，主要由混凝土项引起，采取与梁相同的作法。对剪力墙的实验表明，其反复加载比单调加载受剪承载力降低15％～20%，采用非抗震受剪承载力乘以0.8的折减系数。梁柱节点的抗震受剪承载力由混凝土斜压杆和水平箍筋两部分受剪承载力组成，有关专家给出了相关公式。

为了防止梁、柱、连梁、剪力墙、节点发生斜压破坏，我们对受剪截面规定了受剪承载力上限，即规定了配箍率的上限值。通过非弹性动力反应分析表明，以上措施基本满足强剪弱弯的要求。

（三）构造措施

构造措施是梁、柱、剪力墙塑性铰区要达到实际需要的塑性转动能力和耗能能力的保证，所以需要采取较严的构造措施。

梁的构造措施：梁塑性铰截面的延性与很多因素有关，截面延性随受拉钢筋配筋率及屈服强度的提高而降低；随受压钢筋配筋率和混凝土强度提高而提高，随截面宽度增大而增大；塑性铰区的箍筋可以防止纵筋的压屈、提高混凝土极限压应变、阻止斜裂缝的开展、抵抗剪力，充分发挥塑性铰的变形和耗能能力；梁高跨比越小，剪切变形比例越大，易发生斜裂缝破坏，使延性降低。梁纵筋配箍率过低，梁开裂后钢筋可能屈服甚至拉断。因而，规范对于梁纵筋最大配筋率和最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率都有严格规定。

柱的构造措施：柱为压弯型受力构件，轴压比对延性及耗能性影响较大。轴压比小时，柱子发生大偏压破坏，构件变形大，延性好，但耗能性降低；随轴压比的增大，耗能性增大，但是延性急剧下降，而且箍筋对延性的帮助减小。规范对轴压比作出了限制，一般能保证在大偏压的范围内。箍筋同样也对延性起到很大的作用，约束纵筋、提高混凝土压应变、阻止斜裂缝发展。柱一般为对称配筋，其纵筋配筋率越大，柱子屈服时变形越大，延性越好。因而对柱子的纵筋最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率做出了严格规定。同时对柱子的高宽比、剪跨比、截面最小高度、宽度做出了规定，以提高抗震性能。

节点构造措施：节点作为梁柱钢筋的锚固区，对结构性能影响很大。为保证在地震和竖向荷载作用下，节点核心区剪压比偏低时为节点核心区提供必要的约束，保持节点在不利情况下的基本抗剪能力，使梁柱纵筋可靠锚固，对节点核心区的箍筋最大间距、最小直径、体积配箍率做出了规定。梁柱纵筋在节点的可靠锚固是节点构造措施的主要内容。

剪力墙构造措施：为保证剪力墙的延性和耗能能力，为墙肢提供约束，防止出现大的裂缝，规范对剪力墙的边缘构件做出了详细规定；同时也对剪力墙的轴压比作出了限制；为保证剪力墙的承载力和侧向刚度，对剪力墙提出了最小墙厚的要求；为防止斜拉剪切破坏，限制斜裂缝的发展，减小温度收缩裂缝，对剪力墙的水平、竖向分布筋的最小配筋率、最大间距、最小直径做出了规定。

结语：地震灾害具有突发性，