鋼筋混凝土框架結構基于抗震理念的設計分析

溫叢格王 曼趙小強

（1鄭州科技學院 河南 鄭州 450064 2中化二建集團有限公司 山西 太原 030021）

鋼筋混凝土框架結構基于抗震理念的設計分析

溫叢格1王 曼1趙小強2

（1鄭州科技學院 河南 鄭州 450064 2中化二建集團有限公司 山西 太原 030021）

鋼筋混凝土框架結構是建筑工程中的一種重要的結構形式，本文闡釋了框架結構的定義和特點，對地震作用對框架結構的破壞形式進行分析，結合抗震設計的理念，提出框架結構設計的要點，為提升框架結構設計的實踐水平提供參考。

框架結構 設計 分析

引言

隨著社會的發展、我國工業化城市化進程不斷加快，如何提高建筑的安全性和抗震性仍是一個熱門話題。特別是近幾年來，我國地震災害頻發，地震對建筑物的破壞及人們的生命財產安全所造成的傷害極大，人們希望通過不斷更新設計思路，在結構設計過程中充分考慮抗震設計來避免震害發生的愿望也愈加強烈[1]。鋼筋混凝土框架結構憑其獨特的優勢在建筑工程中充當著重要的角色，常用于大跨度的公共建筑、多層工業廠房和一些特殊用途的建筑物中，如商場、火車站、展覽廳、停車場、住宅樓等，因此基于抗震設計理念的框架結構設計的研究具有重要的實踐意義。

1 框架結構的定義和特點

框架結構是指由梁和柱以剛接或鉸接連接而成的承重結構體系，使用過程中出現的水平荷載和豎向荷載由梁和柱組成框架共同抵抗。結構的房屋墻體僅起到維護和分隔作用而不承重。該結構施工成本相對合理，施工企業可以對工程造價進行有效控制，在保證質量的同時適當降低工程施工的成本，具有較好的經濟型。框架結構設計、平面布置靈活、容易形成較大建筑空間，可滿足業主不同的需求。同時還可以對建筑空間面積進行一定程度的擴展，大大提高建筑空間的利用率，使建筑物的內部結構布局更加和諧，大大提高建筑物的質量和功能。

2 地震作用對框架結構的破壞分析

框架結構房屋超過一定高度后，其側向剛度將會顯著減小，在地震或風荷載作用下其側向位移較大，所以框架結構設計時層數不宜過多。框架梁、柱的震害主要反映在梁柱節點處。柱的震害重于梁，柱頂震害重于柱底，角柱震害重于內柱，短柱震害重于一般柱子[2]。在地震作用時柱頂周圍有水平裂縫、斜裂縫或者交叉裂縫。重者混凝土壓碎崩落，柱內箍筋拉斷，縱筋壓曲呈燈籠狀，上部梁板傾斜。這種破壞作用的得主要原因是由于節點處的彎矩、剪力、軸力都比較大，柱的箍筋配置不足或錨固不好，在彎矩、剪力、壓力共同作用下，使箍筋失效造成的。破壞后期很難修復，主要出現在高烈度地區。柱的底部常見的震害是在離地面或樓面100-400mm處有環向的水平裂縫，其受力情況雖與柱頂相似，但往往柱底箍筋較密，故震害較輕。短柱當有錯層、夾層、或有半高的填充墻，或不適當的設置某些連系梁時，容易形成柱高與柱截面邊長比H/b＜4的短柱，一方面短柱能吸收較大的地震剪力，另一方面短柱經常發生剪切破壞，形成交叉裂縫乃至脆斷。節點梁柱節點區的破壞大都是因為節點區無箍筋或少箍筋，在剪、壓作用下混凝土出現斜裂縫甚至擠壓破碎，縱向鋼筋壓曲成燈籠狀。角柱房屋不可避免地要發生扭轉，因此角柱受剪力較大，同時角柱又受有雙向彎矩作用，其約束又較其它柱小，所以震害重于內柱。

3 框架結構設計要點

3.1 注重抗震的設計理念

建筑的抗震性能是衡量建筑物質量的一個重要指標，《建筑抗震設計規范》規定抗震設防烈度為6度及以上地區的建筑，必須進行抗震設計，滿足 “小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設防三水準要求[3]。小震不壞要求建筑結構在多遇地震作用下滿足承載力極限狀態和建筑結構的彈性變形不超過規定的限值，能保障人們的生產、生活等各項社會活動的正常進行。中震可修要求建筑結構不會發生不能修復的脆性破壞，具有一定的變形能力，保障人的生命安全和經濟損失最小化。大震不倒要求結構具有足夠的變形能力，強烈的地震作用時彈塑性變形不超過規定限值即避免倒塌，保障生命的安全。

3.2 結構材料性能指標符合要求

鋼筋、混凝土是鋼筋混凝土框架結構中的兩種重要材料，鋼筋受拉、混凝土受壓，只有二者發揮各自的優勢才能更好地抵抗各種復雜荷載的作用。抗震設計要求建筑物具有足夠的承載力、剛度和穩定性。因此結構材料的性能應符合相應抗震等級的要求，《建筑抗震設計規范》規定框支梁、框支柱及抗震等級為一級的框架梁、柱、節點核芯區，混凝土的等級不應低于C30,構造柱、芯柱、圈梁及其他各類構件不應低于C20。在抗震等級為一、二、三級的框架結構中，當縱向受力鋼筋采用普通鋼筋時，為了保證當構件某個部位出現塑性鉸以后，塑性鉸處有足夠的轉動能力與耗能能力，鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.25；為在抗震設計中實現強柱弱梁，強剪弱彎內力調整提供的必要條件[4]，鋼筋的屈服強度實測值與屈服強度標準值的比值不應大于1.3，為使鋼筋具有較好的延性鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應小于9%。

3.3 設計盡量避免使用短柱

在結構設計中，應盡量避免形成短柱，因為在地震中出現，短柱最容易先發生以剪切變形為主的脆性破壞。如果框架結構中出現短柱時，要從增強短柱的承載力以及縮小短柱的截面入手，采取各種有效地措施提高短柱的延性，從而提高短柱的抗震性能，例如可采用復合箍筋，將箍筋沿著全高進行加密，并確保短柱的縱向鋼筋能對稱布置。

3.4 優化框架結構體系

為避免建筑物的局部毀壞影響整體的結構，有必要進行抗震系統的優化，將框架結構與其他結構結合，使得抗震系統形成多道防線，增強抗震效果，例如框架-抗震墻結構、框架-筒體結構。對于有明顯薄弱層的結構應采用相應的抗震構造措施來提高其抗震能力。

3.5 利用相關軟件進行結構抗震分析

結構進行初步設計時，建立不同受力結構模型，對結構模型簡化與處理，用相關軟件嚴格按照《抗震規范》及有關標準的規定對結構在多遇地震作用下的內力和變形進行分析，模擬結構在地震作用下的實際工作狀況，所有軟件計算結果進行分析比較，經分析判斷確認其合理、有效后再用于工程設計，可以事先預知結構抗震設計中的不足，大大提高結構的安全性。

4 結語

隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，建筑工程的設計思路也在不斷更新。在建筑結構設計中融入抗震設計，是目前結構設計尤為重要的。建筑結構設計與抗震設計有著密不可分的聯系。設計者應更好的把握好鋼筋混凝土框架結構設計的要點，嚴格按照相關要求和規范進行設計。將抗震設計的理念融入到結構設計之中，提高建筑物的穩固性，最終提高建筑整體質量。

[1]周少偉.多層混凝土框架結構設計中的關鍵問題及對策[J].山西建筑,2016,42(5)∶50-51.

[2]郭繼武.建筑抗震設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.11

[3]中華人民共和國住房和城市建設部主編，混凝土結構設計規范(GB50010-2010),北京∶中國建筑工業出版社,2010

[4]葉列平,馬千里,繆志偉.鋼筋混凝土框架結構強柱弱梁設計方法的研究[J].工程力學,2010,27(12)∶102-113

TU528.571

A

1007-6344（2017）01-0349-01

溫叢格（1987-），女，河南周口人，鄭州科技學院教師，助教，碩士，主要從事土木工程方向研究。