多層鋼筋砼框架結構抗震設計要點

幸 鵬

（深圳市光明新區建筑工務和土地開發中心，廣東 深圳 518107）

引言

多層鋼筋砼框架結構是建筑中常用的一種結構形式，其優點為結構布置靈活、傳力明確以及整體性和抗震性優良，在各類多層的民用建筑及工業建筑中均被廣泛的采用。但早期的多層鋼筋砼框架結構的抗震設計均有不足，在地震中表現出不同程度的破壞，文章中總結了其框架結構及部分構件破壞的具體情況，并進行了分析，提出了多層砼框架結構抗震設計需改進的要點，尤其對樓梯的建設進行了詳細的分析，通過改進建議使整體框架結構處于更利于抗震和安全可靠的狀態。

1 多層鋼筋砼框架結構震害概況

與磚砌房屋或其他磚墻承重混合結構類型的建筑物相比，鋼筋砼框架房屋在地震災害中的損壞率較低。多層鋼筋砼框架結構以其較大的延伸性和較好的整體性成為建筑型式中抗震性能良好的一種結構型式。在地震災害中，鋼筋砼框架結構震害情況如下。

1.1 震害中框架梁及其柱身與節點的破壞形式

震害中框架梁及其柱身與節點的破壞形式主要有，設計中如未考慮梁在地震時附加產生的彎矩和剪力可能會在發生地震時柱邊豎向及斜向的裂縫，或者柱邊梁底下鋼筋錨固因設計中未考慮變號彎矩作用可能在震害中被拔出，以及加腋梁在變截面處發生豎向或斜向裂縫等情況。而框架柱的破壞主要形成在柱子兩端，震害中偶遇剪力彎曲及壓力等作用使砼破碎產生裂縫。一般角柱遭受破壞較重，受破壞框架柱子上端箍筋一般未采用加密措施。因地震中產生的雙向偏心壓力以及由填充墻帶來的剪力等因素，角柱加固設施不夠或受力計算不全，極易在地震中遭受破壞。另外一種在震害中常見的易遭受破壞的柱子是一類高寬比較小的柱子，其中以高寬比低于3的短柱情況較為嚴重[1]。

1.2 框架結構以及其他相關結構的破壞也是多層鋼筋砼建筑在震害中出現的主要破壞

有抗震墻的框架結構房屋在震害中遭受損失較小，破壞程度較低，無抗震墻的框架結構房屋，底層若較為空曠且整體剛度不強，在首層柱的上下兩端則會有較大的轉動，震害中產生的危害也較大。裝配式的鋼筋砼框架結構在實踐中有著良好的抗震性能，但地震中表現的裝配式框架房屋的破壞產生在大梁或柱邊的節點位置，應采取能夠保證合理傳力的構造及材料設施。框架結構頂部磚房的破壞也是震害加重的主要原因之一，多層框架頂部在地震中存在框架的擺動，頂部磚房受重大，易產生應力集中造成重大破壞。

1.3 填充墻及防震縫的破壞

填充墻在不同震級的作用中一般均會發生破裂與倒塌現象。多層鋼筋砼框架房屋的填充墻在地震中分擔了部分作用力，可減緩框架結構的壓力，有一定的防倒塌作用[2]。在有抗震墻結構的房屋或框架中，填充墻受損程度會較輕。伸縮縫寬度較窄時，在地震中相近的多層鋼筋砼框架結構建筑易發生相互碰撞造成嚴重破壞。

2 多層鋼筋砼框架結構抗震設計分析

2.1 砼框架結構設計要點

在地震災害研究中，遭受破壞較為嚴重的房屋多表現為強梁弱柱的建筑形式。在設計中抗震等級為二級或三級的構件，柱的配筋通常采用構造配筋，節點處梁的上皮鋼筋受力。將梁支座負筋采用歸并系數且進行一定程度的放大，易形成強梁弱柱這一易遭破壞的建筑特點。故在設計中應一定程度的加大柱子斷面和配筋，將使用在樓板的一定寬度的配筋應用到梁上作為梁的配筋，減小歸并系數使梁的剛度降低，確保建筑形式處于強柱弱梁，提高柱的延伸性，避免短柱的出現和其產生的脆性破壞[3]。

強剪弱彎的設計可控制梁柱的破壞形態，避免脆性的剪切破壞，使其發生較好的延伸性，降低彎曲破壞。梁較于柱的塑性屈服發生較早且較多，底層柱根的塑性鉸形成的較晚，在建筑設計中不應集中在某一層而要依照其屈服順序合理錯開。為了確保抗震性能，相應的建筑規范中要求框架梁凈跨長度和截面高度之比不在4以上，柱凈高和截面變長之比不低于4。通過控制剪壓比，可防止斜裂縫的出現，有效減輕砼的破裂程度，同時降低了箍筋的使用數量[4]。

節點的安全可靠性是梁柱穩定可靠發揮作用的重要前提，當結構中的節點區域承受的外力較為復雜時，易發生斷裂或破壞，因此在框架結構的連接區域必須做到強錨固和強節點，對箍筋的設計使用是加強梁柱節點的重要途徑，要保證節點不能出現脆性剪切破壞。

2.2 框架結構中樓梯的抗震設計與分析

樓梯是發生地震時重要的逃生通道，其合理的抗震設計具有重大的安全意義。砌體結構的樓梯間在地震中產生的破壞主要源自于與其連接的墻體，由于樓梯間自身的特點，與其連接的墻體量也比較多，構件也較為集中，受到的水平力也因其水平方向的剛度相對較大而增大，支撐力較弱，造成了樓梯間構造震害比較嚴重的情況。框架結構的樓梯間墻體為填充墻，填充墻的剛度較大，且框架結構剛度不能夠均勻分布，框架承受的水平壓力會隨著樓梯間的剛度而增加，也極易產生破壞。

板式樓梯是樓梯的主要結構形式之一，其組成部分包括梯段板、平臺梁及平臺板。梯段板端負筋截斷位置大多在 1/4～1/3處，該部位的受力筋數量相對較少，承受壓力能力較差。在地震中，抗壓能力較差的砼達到最大耐受限度時，受拉梯段板在其薄弱的位置出現裂縫，此時只有鋼筋承受全部拉力[5]。鋼筋數量的不足以及其受拉鋼筋拉應力突變使鋼筋較快的出現屈服狀態，并且隨著裂縫程度的增加而不斷拉伸，在地震作用下往復伸屈，最終造成梯段板斷裂。樓梯的平臺板與平臺梁與梯段板相接，受力情況較為復雜，地震中受到了空間彎矩、扭矩及剪力的共同作用。一般與框架相連的平臺梁內力較大，損壞較為嚴重。剪跨比和軸壓比是影響柱子延伸性的主要因素，依據剪跨比的不同可將柱子歸為長柱、短柱和極短柱，短柱和極短柱的破壞均屬于脆性剪切破壞，在樓梯框架結構中，按照抗震設計標準要盡量避免出現短柱，故樓梯梁不宜直接與框架柱現澆，以避免出現短柱，且在平臺靠踏步處設梁，由梁兩端設計建設構造柱，平臺板外端不再設梁而梯段板外伸懸挑板避免短柱問題。

樓梯的結構設計中，樓梯間不宜設置在房屋端部轉角，且不能凸出建設，砌體結構中避免窗洞開設過大而使整個結構的梁柱結構破壞，需要有可靠的錨固或者連接支撐樓梯間的非承重構件[6]。梯段板負筋要拉通，板厚度適當增加，實現雙層鋼筋配置，同時對于作為傳遞樓梯支撐作用的重要構件的樓梯平臺也應實現雙向雙面配筋。平臺梁適當增加橫截面積緩解其在震害中易受的扭力作用，在梯段板的轉角處，局部的對構造措施進行加強，在短柱框架中為防止過早的發生剪切性脆性破壞，對框架短柱可實施全高加密，或在柱身內配置一定數量的斜向鋼筋[7]。

在樓梯的抗震設計中，其構造與主體結構脫離使樓梯不參與整體結構受力是降低地震中樓梯破壞的有效途徑之一。樓梯構造受力與整體受力相脫離，梯柱彎矩剪力值顯著降低，也降低了梯柱破壞程度，使作為豎向承重構件框架和重要通道的樓梯相對處于安全狀態。

3 總結

建筑結構的抗震設計有著較早的起源，抗震理論也在不斷的完善。多層鋼筋砼框架結構相對于其他建筑結構表現出的較好的抗震性能也不斷的得到了驗證，但根據近年的地震災害總結，多層鋼筋砼框架結構在地震中依然有需要改進之處。根據實踐總結，其結構中的梁柱設計強柱弱梁等要點使其更利于抗震和降低震害中的破壞。框架結構設計合理化與可靠度提高是在震害中保證人民財產生命安全的重要手段，也是要不斷發展和研究的重要課題。

[1]王奇，馬寶民.鋼筋砼現澆樓梯對整體結構的影響[J].建筑結構，2002，32（4）:27-29.

[2]李國勝.多高層砼結構設計中疑難問題的處理及算例[M].北京:中國建筑工業出版社，2001.

[3]王國.樓梯間處短柱對框架結構抗震性能的影響[D].成都:西南交通大學，2008.

[4]閆魁.關于某工程樓梯間短柱問題的處理[M].山西建筑，2006，32（18） :34-39.

[5]王俊鋒，王澤軍.樓梯間和樓梯的抗震設計淺議[M].山西建筑，2009，35（3）.

[6]胡裕地.樓梯結構的震害分析和設計建議[J].科技視線，2009（4）:15-19.

[7]賈清霞，張煜.淺談結構樓梯間與樓梯的震害[J].黑龍江科技信息，2009（7）.