提高板—柱結構抗震性能的措施

郭佳偉 苑志宇

(1.建研凱勃建設工程咨詢有限公司，北京 100071； 2.哈爾濱鐵路房建置業集團有限公司，黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

板柱結構是由樓板和柱組成承重體系的結構，也叫無梁樓蓋。板柱結構具有空間通暢簡潔，平面布置靈活，能降低建筑物層高的優點，但抗側力剛度弱，在地震作用下易發生節點沖切破壞，使得普通形式的板柱結構不能滿足抗震要求，為提高板—柱結構的抗震性能，本文從抗側剛度和彈塑性性能兩個方面探討了具體的改進措施。

1 增大抗側剛度措施

板—柱結構的抗側剛度較小，常因層間位移無法滿足限值要求而影響其在抗震區的應用，所以增大結構抗側剛度是提高板—柱結構抗震性能的有效手段之一。實際工程中，可通過增大板厚、柱截面或設置柱帽、托板等方式來增大板—柱結構的抗側剛度。

1.1 增大板厚

當板厚從190 mm增大到240 mm時，對應于多遇、設防烈度、罕遇地震作用、形成出鉸機制及結構倒塌5個加載階段，板—柱結構的基底剪力增大7%～26%；頂點側移減小23%～31%。

1.2 增大柱截面

當柱截面從600 mm×600 mm增大到750 mm×750 mm時，上述各加載階段，板—柱結構的基底剪力增大17%～23%；頂點側移減小8%～21%。

此外設置柱帽或托板也是增大抗側剛度有效手段，由于設置柱帽及托板的板—柱結構在多高層結構中的應用不多，此處不進行深入探討。

2 提高彈塑性性能措施

結構的抗側剛度一定時，可通過改善結構的出鉸機制，控制結構的塑性發展等方法來提高其彈塑性性能，從而提高板—柱結構的抗震性能。以下從底層柱縱筋配筋量，5層，6層柱縱筋配筋量，暗梁設置等方面進行探討。

2.1 增加底層柱縱筋

隨著結構進入塑性，結構底層位移在總位移中所占的比重逐漸增加，結構底層的塑性發展較快，設計中若增大底層柱縱筋的配筋量，可以減緩結構底層的塑性發展，提高板—柱結構的抗震性能。為了研究這種影響，本節將無邊梁板—柱結構的底層柱縱筋配筋量增大50%，對比二者的抗震性能。增加配筋前后，板—柱結構的基底剪力—頂點側移關系曲線如圖1所示，圖中SC為原結構，SCA為增加配筋后的新結構。

當頂點側移小于100 mm時，兩結構的基底剪力—頂點側移關系曲線基本相同，隨著結構進入塑性，兩曲線差別逐漸明顯。在不斷增大的水平荷載作用下，兩結構形成的出鉸機制基本相同，形成出鉸機制時，增加配筋后的板—柱結構基底剪力增大5.7%，頂點側移減少6.4%，增加底層柱縱筋用量可以減緩結構底層的塑性發展，減小形成出鉸機制時的結構側移。對兩結構進行時程分析可知，taft波激勵下，二者形成出鉸機制時所對應的地震波加速度峰值分別為700 cm/s2和720 cm/s2，增加底層柱縱筋用量后，地震波加速度峰值略有增加。

2.2 增加5層，6層柱縱筋

研究板—柱結構的出鉸機制時發現，往往在5層柱頂全部形成塑性鉸后，板—柱結構形成1層～5層的多層柱鉸機制，此時6層等代梁尚未全部出鉸，如圖2a))，增大5，6層柱縱筋配筋量，可使結構的出鉸機制更為合理，從而提高其抗震性能。為了研究這種影響，本節將無邊梁板—柱結構的5層，6層柱縱筋配筋量增大50%，對比二者的抗震性能。

增加配筋后，兩結構的基底剪力—頂點側移關系曲線基本相同，多遇及罕遇地震作用下的結構響應也比較接近；結構的出鉸機制由1層～5層的多層柱鉸機制改變為1層～6層的混合機制，如圖2b)所示，由于內等代框架和邊等代框架的出鉸情況比較接近，僅給出內等代框架所形成的出鉸機制。此時，增加配筋后的結構基底剪力增大1.3%，頂點側移增加2.7%。對兩結構進行時程分析可知，taft波激勵下，二者形成出鉸機制時所對應的地震波加速度峰值分別為700 cm/s2和760 cm/s2，增加5層，6層柱的縱筋用量后，地震波加速度峰值增大。

2.3 將板縱筋布置成暗梁

在柱上板帶中設置構造暗梁，可增強板—柱結構的整體性，提高其抗震性能。為了研究暗梁對板柱結構抗震性能的影響，對設置暗梁的板—柱結構(SC)及未設置暗梁的板—柱結構(SCN)進行對比分析。暗梁寬度取柱寬及柱兩側各1.5倍板厚之和，暗梁上部及下部鋼筋面積均取柱上板帶鋼筋面積的50%(此鋼筋作為柱上板帶鋼筋的一部分)。兩結構的基底剪力—頂點側移關系曲線如圖3所示。

當水平荷載較小時，兩曲線基本重合，隨著結構屈服，設置構造暗梁的板—柱結構表現出更好的抗震性能。形成出鉸機制時，設置構造暗梁的結構基底剪力增大16.9%，頂點側移增大15.1%，設置構造暗梁使結構的抗側剛度增大，耗能能力增強。對兩結構進行時程分析可知，taft波激勵下，二者形成出鉸機制時所對應的地震波加速度峰值分別為660 cm/s2和700 cm/s2，設置構造暗梁后，地震波加速度峰值增大。

3 結語

在板—柱結構中，通過增大抗側剛度和提高彈塑性性能，可以有效的提高抗震性能。增大抗側剛度的具體措施為增大板厚及增大柱截面；提高彈塑性性能的具體措施為增加底層柱縱筋；增加5層,6層柱縱筋；將板縱筋布置成暗梁。