關于現澆鋼筋混凝土框架結構抗震性能的思考

【摘要】現澆鋼筋混凝土框架結構作為一種常見的結構形式，由于其具有使用空間可以靈活分隔、可實現建筑大空間的功能需求、自重輕、施工方便等優點而深受廣大設計師和業主單位的喜愛，在大型商業，倉儲，學校，宿舍，辦公等建筑類型中得到了廣泛的應用。但是部分現澆鋼筋混凝土框架結構在歷次的地震中的抗震性能表現卻不盡如人意。本文將從設計出發分析影響現澆鋼筋混凝土框架結構抗震性能的多種因素，希望能對其抗震性能的提高起到積極的作用。

【關鍵詞】抗震設計；框架結構；延性；概念設計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 11.070

地震作為一種自然災害，給人類的生命財產安全帶來了嚴重的威脅。從目前已有的地震記錄來看，每次大的地震發生時都會造成大樣房屋的倒塌，導致大量的人員傷亡和巨額的經濟損失。現澆鋼筋混凝土框架結構（后文中均簡稱框架結構）作為一種常見的結構形式，由于其具有使用空間可以靈活分隔、可實現建筑大空間的功能需求、自重輕、結構計算分析理論承受，施工方便等優點而深受廣大設計師和業主單位的喜愛，在大型商業，倉儲，學校，宿舍，辦公等建筑類型中得到了廣泛的應用。但根據國內近些年唐山、汶川、玉樹等地區地震的震害調查表明：部分框架結構在地震中的抗震性能表現卻不盡如人意，出現了很多底層框架柱破壞引起房屋整體坍塌，局部框架柱柱腳破壞引起房屋局部倒塌的情況。影響框架結構抗震性能表現的因素有很多，主要包括設計和施工兩方面的原因。

1、我國目前建筑物抗震設防的基本原則：

根據目前的科學研究表明，地震的成因主要有：構造板塊的相對運動引起的地震、地殼巖石的膨脹引起的地震、地下化學或核裝置的爆炸、火山地震、塌陷地震、水庫誘發大地震。由此可見，地震的成因很多，但是其中板塊構造學作為地震成因的地質學解釋得到了廣泛的認可。中華人民共和國國家標準《中國地震動參數區劃圖》GB18306規定了我國各地區地震動峰值加速度及地震動反應譜特征周期，在進行建設工程抗震設防時應嚴格執行。我國《建筑抗震設計規范》GB50011根據地震特點，國家經濟發展水平，國家科學技術的發展水平，建筑材料及施工的現狀等綜合考慮，制定了我國現階段房屋建筑采用的三水準抗震設防基本原則：

第一目標——小震不壞，當遭受低于本地區地震基本烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不修理可繼續使用。其中小震指改地區50年內超越概率約為63%的地震烈度，即眾值烈度又稱多遇地震約50年一遇。

第二目標——中震可修，當遭受相當于本地區地震基本烈度的地震影響時，可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續使用。其中中震指該地區50年內超越概率約為10%的地震烈度，又稱基本烈度或設防烈度約474年一遇。

第三目標——大震不倒，當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞。其中大震指該地區50年內超越概率約為2%～3%的地震烈度，又稱罕遇地震約1600～2500年一遇。

2、框架結構抗震設計時應注意的問題：

按照目前的三水準設防基本原則，國內設計院在進行抗震設計時主要的設計方法是：先按小震水平進行地震計算，然后再按照相應的規范要求采取相應的構造加強措施來保證三水準設防目標的實現。基于目前的設計方法，我認為在進行框架結構抗震設計時首先應從宏觀層面上做好結構概念設計，然后再從微觀層面上做好相應的受力計算、分析及構件的截面和配筋設計。

抗震概念設計可以使一些在計算中或規范中難以做出具體規定的問題得到基礎的解決方案。工程師在抗震設計中運用“概念設計”從基本的力學原理出發可以進行一些抽象問題的分析，做出判斷，然后采取相應的措施保證結構的抗震安全。以往的地震震害表明規則性好的框架結構在地震中具有較好的抗震性能表現，規則性差的框架結構往往在地震中破壞嚴重，甚至倒塌。經過歸納總結，規則性好的建筑大多具有如下特點：

（1）高寬比小，減小了地震作用下傾覆的可能性。

（2）樓層高度接近，各層剛度均衡。

（3）平面基本對稱，減少了扭轉。

（4）兩個主軸方向的抗力相近，使各方向的抗力均衡。

（5）平面和立面分布均勻，減少應力集中。

（6）在外圍設置抗震構件，增大結構抗扭能力。

（7）跨度短，減小構件應力。

（8）冗余度大，避免某些構件破壞引起結構倒塌。

（9）荷載傳遞直接，沒有長懸臂構件，避免應力集中。

框架結構在進行受力分析計算及構件的截面及配筋設計時，首先應確定建筑物所在地的抗震設防烈度、場地類別及建筑物的抗震設防類別進而確定框架的抗震等級，按照“強柱弱梁”“強剪弱彎”“強節點弱構件”的總體原則進行設計。

在當前的多高層建筑中，往往為了某種使用功能的要求將底層或中間某層的層高設計的比相鄰樓層大很多，此類建筑在歷次的地震中多出現軟弱層整體大變形倒塌的破壞形式，震害嚴重。因此在設計此類框架結構時要注意此類結構相鄰范圍層剛度比的調節，通過合理確定相鄰層層高及抗側力構件的截面尺寸等將相鄰層的剛度差別控制在規范允許的范圍內，避免地震中結構某層形成柱鉸機構而發生破壞。

強柱弱梁的設計原則可以保證結構在承受設防地震或罕遇地震時，首先在梁端形成塑性鉸進行地震能量的耗散，從而避免形成柱鉸機構而發生建筑物的倒塌。由于塑性鉸是耗散地震能量時對地震做延性反應的關鍵，所以在進行框架梁、柱配筋設計時一定要按照規范要求根據不同的抗震等級設置相應大小和間距的約束鋼筋使構件具有相應的延性。

歷次的地震表明：填充墻的設置不當會因為非結構部分砌體或混凝土填充物與框架柱硬性連接而引起的加強效應形成短柱，導致其承受很大的剪力而發生剪切破壞。這種結構設計上的通病，應在設計中引起特別的注意，無法避免時應對該部位框架柱進行配筋加強處理，如加大構件的配筋率及箍筋的體積配箍率并沿全高進行箍筋加密設置。

框架梁柱節點不應成為四個連接構件之間的薄弱環節，在地震力作用下，框架梁柱節點通常承受很高的剪力，如果不配置足夠的鋼筋將會導致框架強度和剛度的過分降低甚至倒塌。強節點弱構件的設計就是要加強節點的承載能力，使精心設計的延性構件能先于節點發生塑性變形而耗散地震能量，使結構能夠對地震發生延性反應。

3、框架結構施工工程中影響其抗震性能表現的因素

優良的施工質量是框架結構抗震安全的必要保證，以往的工程經驗顯示如下幾點對結構抗震性能影響顯著：1，梁柱節點位置節點區由于各構件縱筋在此處相交，節點區箍筋設置鉸困難，常出現節點位置箍筋設置不到位的情況，從而影響梁柱節點的承載力，地震時容易出現節點先于構件破壞的情況2，梁柱混凝土設計強度等級相差較大時，施工過程中控制不到位導致低強度混凝土混入柱內的情況3，梁柱箍筋加密區長度設置不滿足設計要求4，箍筋與縱筋綁扎不到位，從而導致結構塑性鉸位置塑性變形能力降低，影響結構的延性耗能能力。因此施工過程中一定要嚴格按照設計圖紙及國家相應規范實施，確保工程質量的優良。

結語：

鋼筋混凝土框架結構是一種常用的結構形式，影響其抗震性能的因素很多，本文從設計及施工的角度分析了影響其抗震性能的一些因素并給出了相應的建議，希望能對鋼筋混凝土框架結構抗震性能的提高起到積極的作用。

參考文獻：

[1]《建筑抗震設計規范》GB50011-2010中國建筑工業出版社.

[2]王亞勇譯校.《抗震設計手冊》（原著第二版）[美]法扎德.奈姆主編，中國建筑工業出版社.

[3]戴瑞同，陳世鳴.《鋼筋混凝土和砌體結構的抗震設計》[新西蘭]T.鮑雷，[美]M.J.N.普里斯特利著，等譯.中國建筑工業出版社.

作者簡介：

朱中一（1987-），男，一級注冊結構工程師，本科，研究方向：結構設計工作。