鋼筋混凝土結構抗震設計

文/張維維、胡奇豹、張貽榮 浙江省機電設計研究院有限公司 浙江杭州 310051

1、混凝土框架結構的設計

1.1 框架梁的設計

“上梁不正下梁歪”有著一定的建筑意義，框架梁、柱中心線必須重合才能保證框架的穩定性。當發現框架梁、柱中心線不重合時，設計人員應從以下幾個方面考慮：第一，梁、柱偏離中心對受力節點及連接方式的不良影響；第二，框架梁重量對柱子的影響。當梁柱的中心偏移距離大于偏移方向柱寬的1/4 時，應該采取相應措施進行加固。另外，通過在現場整體澆筑的樓蓋方式可以降低扭轉引起的不利影響。設計師在設計框架梁時應該考慮框架梁端部與鋼筋接觸產生的壓力，用相關公式計算梁端受壓區高度。

1.2 框架柱的設計

設計師在設計框架柱時可以參照《建筑抗震設計規范》的相關內容，降低框架柱的軸壓比以確保框架結構的延展性。建筑過程中經常使用箍筋對框架柱進行約束，這樣就能提高框架柱混凝土的抗壓強度，確保框架結構的延展性。在進行抗震設計時，框架角柱的設計需要在正截面上，根據相應構件所受承載力進行設計。

1.3 樓、屋蓋的設計

如今現場整體澆筑的樓蓋結構得到了建筑行業的青睞。現場整體澆筑的樓蓋混凝土強度等級要求盡量不要低于C20，也不要高于C40。鋼筋要盡量采用高強度等級，一般采用直徑8mm至12mm 的受力鋼筋。板厚與鋼筋間距也有一定的關系：當板厚不大于15cm 時鋼筋間距不大于20cm；當板厚大于15cm 時鋼筋間距不大于1.5 倍板厚，且不宜大于25cm。分布筋的截面積容易受到集中荷載和溫度的影響，集中荷載增大或溫度影響增大時，分布筋的截面積應適當增加，且間距應適當減小，且其間距不宜大于20cm。在考慮頂層抗裂問題時，應保證板上筋不斷或部分交錯，拉通筋均按受力位置的分布來搭接主體鋼筋。

1.4 填充墻和隔墻

在混凝土框架結構中，填充墻和隔墻是必不可少的部分，它們經常是輕質墻體。過梁大多數采用現澆梁帶，只有極少數采用預制混凝土過梁。設計師在設計填充墻和隔墻時要標注清楚使用的填充墻和隔墻的制作方法和相應圖樣。當過梁與柱搭接在一起時，應遵循柱甩筋，過梁現澆的規律。在增加抗震功能的要求時，砌體填充墻的布置也有一定的規律：首先，填充墻的上、下層剛度保持一致或類似，盡量降低抗側剛度偏心引起的扭轉問題發生概率；其次，砌體填充墻和隔墻雖然有一定的自身穩定性，但仍需采取一定措施保證它們的穩定性。電梯井壁的四角需要加構造柱來保證其安全性和穩定性，樓層較高的建筑可以在電梯井壁門洞上方位置增加圈梁。

2、混凝土框架結構的抗震設計

2.1 構造措施要加強

建筑物大多采用鋼筋混凝土結構，最重要的是要保證其構造措施。第一，構造措施要與時俱進、不斷改善，不能故步自封，尤其是在建筑行業突飛猛進的當今社會，過去的結構措施對現今建筑行業已經不適用了，例如2001年版的結構措施規范已經廢止，現行的結構措施規范為2010年版。第二，自改革開放以來，我國的綜合實力不斷提高，國民生產總值也不斷發展，人們對結構措施提出了更高的要求，結構措施要加強就應運而生。第三，構造措施決定了未來建筑的使用壽命和安全系數，所以要嚴格遵守相關的規定指標。要想加強結構措施，就要在以下幾個方面進行加強：首先，就框架結構的樓梯間設計舉例來說，樓梯間的框架柱屬于抗震設計重點部位，它的長短取決于樓梯平臺框架梁與框架柱連接關系，如果所在的框架柱是短柱，那就要對框架柱箍筋的全高加密。其次，框架結構長度應符合相關規定，如果框架結構長度稍微超過規定長度而建筑設計又不允許設置縫隙時，就應采取相應措施來補救。結構設計師在設計鋼筋混凝土結構框架時，不能僅考慮強度因素，還要考慮框架結構有一定的抗震能力，提高建筑的安全系數。

2.2 構造措施的研究

構造措施包括梁的構造措施、柱的構造措施、節點構造措施和剪力墻的構造措施，這些結構措施的研究需滿足塑性轉動與耗能能力。以下是上述四種結構措施的簡要分析：

（1）梁的抗震構造措施。影響梁塑性鉸截面延伸性的因素有多種，故梁的構造措施有相關的規范標準，例如梁的受壓區高度和有效高度之比一級不應大于0.25，二、三級不應大于0.35。

（2）柱的抗震構造措施。柱屬于壓彎型受力構件，柱的軸壓比要符合相關規范，否則會影響到柱的塑形變形能力和框架的抗倒塌能力。中柱、邊柱的柱縱筋配筋率在一級抗震要求為0.9%，二級為0.7%，三級為0.6%，四級為0.5%。柱截面的寬度和高度，四級或不超過2層時不宜小于300mm，一、二、三級且超過2層時不宜小于400mm；圓柱的直徑，四級或不超過2層時不宜小于350mm，一、二、三級且超過2層時不宜小于450mm。只有當柱子的各項參數符合相關規范時才能保證柱的質量，增大結構的整體抗震性能。

（3）節點的抗震構造措施。節點作為框架梁、柱鋼筋的錨固部分，對建筑結構抗震性能起著很大的作用。如果發生地震時，節點核心區的剪壓比較低，就無法發揮建筑的抗震能力。通過為節點核心區提供相應約束，可以很大程度的提高建筑的抗震能力。一、二、三級框架的節點核心區應進行抗震驗算。

（4）剪力墻的抗震構造措施。剪力墻的邊緣構件有著相關標準，只要剪力墻的邊緣構件符合標準就能提高其抗震能力，即使發生地震都不會產生大的裂縫。此外剪力墻的墻肢軸壓比一級為0.5，二、三級為0.6，抗震墻的厚度，一、二級不應小于160mm 且宜小于層高或無支長度的1/20,三、四級不應小于140mm 且不宜小于層高或無支長度的1/25；無端柱或翼墻時，一、二級不宜小于層高或無支長度的1/16,三、級不宜小于層高或無支長度的1/20。合理控制好軸壓比及設置邊緣構件就能提高剪力墻的抗震能力。

2.3 加大底層柱截面及提高混凝土強度等級

只有底盤穩才能保證結構的整體穩定性，這里的底盤可以通過加大底層柱截面來實現。此外，加強混凝土的強度等級可以提高建筑物的抗震能力。綜上可得加大混凝土框架底層柱截面和提高混凝土強度等級這兩種方法，均能通過提高承載能力的形式來提高建筑物的抗震能力，也是相對簡單，容易實現的措施。

2.4 控制底層柱的高度

地下停車庫的層高可以通過底層柱的高度來確定。底層柱高度越低，底層的側向剛度就越高，整體結構的側移變形也就越小，抗震性能越好。這也是只有底盤穩才能保證結構整體穩定性的體現。

結語：

在建筑領域，安全始終是第一要求。這不僅僅是對建筑行業的負責，更是對業主的承諾。努力提高建筑物質量，增強其抗震性能，無論何時都是建筑設計師需要研究和改善的問題，建筑行業在國內的發展仍任重道遠。