淺談框架結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計

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。它主要包括以下內(nèi)容：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。本文以框架結(jié)構(gòu)為例重點介紹抗震概念設(shè)計中的能力設(shè)計法。

關(guān)鍵詞：地震、框架結(jié)構(gòu)、抗震設(shè)計構(gòu)造

框架結(jié)構(gòu)作為常見的結(jié)構(gòu)形式，當(dāng)然其延性設(shè)計也主要是從這三個方面來體現(xiàn)的。

1 強柱弱梁

我們常見的“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(jìn)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。

2 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；調(diào)整抗剪承載力兩個方面。

2.1 作用剪力

一、二、三級框架梁和抗震墻中跨高比大于2.5的連梁，剪力設(shè)計值？？其中， 一級取1.3，二級取1.2，三級取1.1，一級框架結(jié)構(gòu)及9度尚應(yīng)符合 。一、二、三級框架柱和框支柱，剪力設(shè)計值？？其中， 一級取1.4，二級取1.2，三級取1.1，一級框架結(jié)構(gòu)及9度尚應(yīng)符合。一、二、三級抗震墻底部加強部位，剪力設(shè)計值？？其中，一級取1.6，二級取1.4，三級取1.2， 9度尚應(yīng)符合 。梁柱節(jié)點，一、二級抗震等級進(jìn)行節(jié)點核心區(qū)抗震受剪承載力驗算，三四級應(yīng)符合抗震構(gòu)造措施，對9度設(shè)防及一級抗震等級的框架結(jié)構(gòu)，考慮到梁端已出現(xiàn)塑性鉸，節(jié)點的剪力完全由梁端實際屈服彎矩決定，按梁端實配鋼筋面積和材料強度標(biāo)準(zhǔn)值計算，同時乘以1.15的增大系數(shù)。其它一級按梁端彎矩設(shè)計值計算，剪力增大系數(shù)為1.35，二級為1.2。

2.2 抗剪公式

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。由于二級抗震等級梁柱在大震下塑性轉(zhuǎn)動仍很大，有關(guān)專家建議剪力增大系數(shù)不宜比一級相差過大，對梁取1.25較好，對柱宜取1.3～1.35。其取值的合理性有待于進(jìn)一步完善。

3 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。它與“強剪弱彎”、“強柱弱梁”相互關(guān)聯(lián)，一起保證結(jié)構(gòu)的延性。“強剪弱彎”是保證塑性鉸轉(zhuǎn)動能力和耗能能力的前提；“強柱弱梁”的嚴(yán)格程度，影響相應(yīng)的構(gòu)造措施，若實行嚴(yán)格的“強柱弱梁”，保證柱子除底部外不出現(xiàn)塑性鉸，相應(yīng)的軸壓比等構(gòu)造措施就要松些。我國采取相對的“強柱弱梁”，延緩柱子出鉸的時間，所以需要采取較嚴(yán)的構(gòu)造措施。

3.1 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。為了抵抗梁端可能的正彎矩，保證截面延性，對梁端拉壓鋼筋面積比作出了限制。同時，還對梁的最小寬度、跨高比、高寬比做了規(guī)定。

3.2 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。我們對于采用低地震力設(shè)計的柱子，主要保證其延性，而耗能性放到第二位。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。

3.3 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。規(guī)范對梁筋過中節(jié)點的直徑；對梁柱縱筋錨固長度；錨固方式都有詳細(xì)的規(guī)定。

3.4 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。

綜上所述；框架結(jié)構(gòu)主要就是通過計算和構(gòu)造措施來實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)的。

參考文獻(xiàn)

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