钢筋混凝土框架结构房屋的震害与设计对策

鄢爱芬

（盘县住房和城乡建设局质量安全监督站　553500）

钢筋混凝土框架结构房屋的震害与设计对策

鄢爱芬

（盘县住房和城乡建设局质量安全监督站553500）

钢筋混凝土框架结构房屋是房屋建筑中主要结构之一。地震，尤其是大地震给人类带来了巨大的灾难，防震减灾是抵御地震灾害的必然选择。做好建筑工程的抗震设计工作，是避免和减少地震灾害损失的关键手段。本文分析了钢筋混凝土框架结构特点，总结框架结构主要震害表现，从设计角度提出框架结构房屋抗震害设计对策。

框架结构；震害分析；设计对策

房屋建筑是保障人居生活质量的根本，近年来，国内地质灾害事件频发，这就要求设计单位应严格按照抗震设防标准完成设计工作，以实现三个水准的抗震设防目标。

1　钢筋混凝土框架结构特点

框架结构体系是指沿房屋纵向和横向，由梁、柱构件通过抗弯节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受横向荷载的结构条体系。这种体系适用于多层建筑和高度不大的高层建筑（一般在15层以下）。框架结构的抗侧刚度主要取决于梁、柱的抗弯刚度和柱子的轴向刚度。作用于框架任一层间的水平集中剪力由该层柱子的抗剪能力抵抗。

框架结构的优点是建筑平面布置灵活，可以做成较大的使用空间，可通过合理设计，使之具有良好的抗震性能。但由于框架侧向刚度较小，结构顶点位移和层间相对位移较大，使得非结构构件如填充墙等在地震时破坏较严重，这是它的主要缺点，也是限制框架高度的主要原因。现浇框架结构整体性好，抗震性能好，在地震区应优先选用现浇框架结构。设计合理的框架结构有较大的延性，自振周期长，因而对地震作用不敏感，抗震性能较好。

2　钢筋混凝土框架结构的震害分析与设计对策

钢筋混凝土框架结构房屋是较常用的建筑结构形式，其侧向刚度较小，在强烈地震下侧向变形较大，易造成部分柱子失稳破坏，由于赘于度少，容易形成连续倒塌机制，从而导致结构整体倾覆倒塌。同时，非结构构件破坏比较严重。

在我国历次大地震中，这类结构形式的房屋震害比砌体房屋轻得多。但是未经抗震设计或抗震概念设计存在明显问题的钢筋混凝土框架结构房屋也存在很多薄弱环节；同时在遭遇8度及以上的地震作用下，有一定数量的这类房屋产生中等破坏或严重破坏，极少数甚至整体倒塌。总结震害经验教训，有助于搞好这类房屋的抗震设计。

2.1结构在强烈地震作用下整体倒塌破坏2.1.1震害分析

钢筋混凝土框架结构在整体设计上存在较大的不均匀性，使得这些结构存在着层间屈服强度特别弱的楼层。在强烈地震作用下，结构的薄弱楼层率先屈服、发展弹塑性变形，并形成弹塑性变形集中现象。较少的冗余度易导致结构连续倒塌。

2.1.2设计对策

《抗规》《高规》等相关规范、标准着重强调符合抗震概念设计原则。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡采用对抗震有利的建筑平面、立面布置，即采用规则结构；不应采用严重不规则结构。平面布置应力求简单、规则，质量、刚度和承载力分布宜均匀，避免应力集中的凹角和收进，避免楼、电梯间偏置，尽量减少扭转的影响。竖向布置应使体型规则、均匀，避免有较大的外挑和内收，结构的承载力和刚度宜自下而上逐渐减小。结构竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。同时，应选择有利场地，避开不利场地，采取措施保证地基的稳定性。加强结构空间整体性，增加超静定次数，组成多道抗震防线。

2.2柱端和节点的破坏比较普遍

2.2.1震害分析

框架结构的震害一般是梁轻柱重，柱顶比柱底严重，尤其是角柱和边柱更易发生破坏。普通柱一般是柱端发生弯曲破坏，轻者水平或斜向断裂，重者混凝土压酥、钢筋外露、压曲和箍筋崩脱。剪跨比较小的短柱易发生剪切型脆性破坏。当节点核心区箍筋约束不足或无箍筋约束时，节点和柱端破坏合并加重。强度较高的填充墙的不合理砌筑，往往会导致普通柱因侧向变形受到约束而形成短柱，对抗震不利，多发生严重的脆性剪切破坏。

2.2.2设计对策

《抗规》、《高规》强调采用延性框架设计的原则。因为结构延性越好，结构的抗震能力越强。在大震下，即使结构构件达到屈服，仍然可以通过屈服截面的塑性变形来消耗地震能量，避免发生脆性破坏。因此在地震区，结构必须具有一定的延性。根据震害以及近年来国内外试验研究资料，延性框架设计的基本要点是：强柱弱梁，强剪弱弯，强节点、强锚固。

①强柱弱梁：从抗弯的角度来讲，要求柱端截面的屈服弯矩要大于梁端的屈服弯矩，使塑性铰尽可能出现在梁的端部，从而形成强柱弱梁。在梁端出现塑性铰，一方面框架不会变成机构，而且塑性铰的数目多，消耗地震能的能力强；另一方面受弯构件具有较高的延性，结构的延性有保障。②强剪弱弯：要求构件的抗剪能力比抗弯能力强，从而避免梁、柱构件过早发生脆性剪切破坏。③强节点、强锚固：节点区域受力复杂，容易发生破坏。节点的可靠与否是关系梁、柱能否可靠工作的前提，必须做到强节点。钢筋锚固的好坏是构件能否发挥承载力的关键。

规范根据不同建筑的抗震设防类别、设防烈度、结构类型、房屋高度划分抗震等级，再根据抗震等级分别对梁端剪力、柱端弯矩、柱端剪力、节点剪力等分别乘以不同增大系数的计算方法来增大内力以实现强柱弱梁，强剪弱弯，强节点。对于强锚固，规范采用计算公式与图表相结合的方法确定钢筋锚固长度。应严格执行。

此外，影响框架柱的延性尚有几个重要参数：剪跨比、轴压比和剪压比。①剪跨比λ是影响钢筋混凝土柱破坏形态的最重要的因素。当剪跨比λ＞2时，称为长柱，多数出现弯曲破坏（延性），但仍然需要配置足够的抗剪箍筋；当剪跨比λ≤2时，称为短柱，多数出现剪切破坏（脆性），但当提高混凝土等级并配置足够的抗剪箍筋后，可能会出现稍有延性的剪切受压破坏；当剪跨比λ＜1.5时，称为极短柱，一般都会发生剪切斜拉破坏，几乎没有延性。在确定结构设计方案时就应避免短柱，包括填充墙的砌筑导致形成框架柱的净高与柱的截面高度之比不大于4的柱。当无法避免短柱时应严格按规范采取加强措施；剪跨比小于1.5的超短柱的要专门研究，采取特别的加强措施。②轴压比是影响钢筋混凝土柱承载力和延性的另一个重要参素。轴压比越大，混凝土压区高度越大，受拉钢筋屈服的可能性越小，柱子延性越低。因此，控制轴压比是很有必要的。③剪压比是指截面平均剪应力与混凝土轴心抗压强度的比值。剪压比越大，斜裂缝出现越早，要求配置箍筋量越多。但试验表明，当配箍率过高时，有可能混凝土已经破碎而箍筋尚未屈服，箍筋难以发挥作用。在设计中应避免这种情况发生。

2.3楼梯间的破坏相对严重和集中

（1）震害分析：在框架结构中，由于支撑效应使楼梯板承受较大的轴向力，地震时楼梯段处于交替的拉弯和压弯受力状态，当楼梯段的拉应力达到或超过混凝土材料的极限抗拉强度时，就会发生受拉破坏。而楼梯平台梁，由于上下梯段的剪刀作用，产生剪切、扭转破坏。

（2）设计对策：楼梯间的布置应尽量减小其造成的结构平面不规则；楼梯板宜采用双排配筋，梯梁应加强抗剪、抗扭钢筋配置；宜采取措施减小对主体结构的影响，即可在每梯段下端梯板与平台或楼层之间设置水平隔离缝；休息平台柱与上层结构之间宜设构造柱，加强拉结。

2.4非结构构件（填充墙、围护墙等）的破坏普遍比较严重

2.4.1震害分析

框架结构砌体填充墙和围护墙刚度大而承载力低，变形能力差，地震中首先承受地震力而遭破坏。如果拉结措施不当或与主体没有拉结极易造成严重破坏。

2.4.2设计对策

《抗规》规定，砌体填充墙应采取措施减少对主体结构的不利影响并应设置拉结筋、水平系梁、圈梁、构造柱等与主体可靠拉结。

3　结论

总之，地震灾害是房屋面临的主要灾害之一，一旦发生地震则会造成明显的破坏性作用。“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件、强锚固”的抗震设计理念贯穿结构构件计算和构造设计的全过程，也是抗震理念的精髓。设计人员要从多个角度开展抗震设计工作，综合改善钢筋混凝土框架结构抗震承载能力，确保在具体工程设计中实现三个水准的抗震设防目标，以减少人民生命财产损失。

[1]《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2]《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）.北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]黄世敏，杨沈.建筑震害与设计对策.中国计划出版社，2009.

[4]朱炳寅.《高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析》（JGJ3-2010）.中国建筑工业出版社，2012.

TU375.4

A

1673-0038（2015）29-0031-02

2015-7-5

鄢爱芬（1976-），女，汉族，中级工程师，全国二级注册结构工程师，原从事建筑结构设计工作，现从事建筑工程安全质量监督工作。