對框架結構抗震措施的思考

曹 芳

（西安市第一建筑工程公司 陜西 西安 710068）

1 引言

2008年5月12日四川省汶川發生里氏8.0級強烈地震，地震波及我國絕大多數地區，造成了重大人員傷亡和財產損失。其中四川、甘肅和陜西省被列為重災區。各類建筑在地震中均遭到了不同程度的損毀，不同的結構形式也表現出不同的破壞特征。其中各種框架結構房屋存在不同程度的破壞，且破壞的類型也多種多樣。

2 框架結構在地震中的主要破壞形態

框架結構房屋，由于其抗震性能較好，極少發現整體垮塌的現象，但框架結構由于材料、施工質量和建筑布局等原因，部分結構構件和填充構件發生了一定程度的破壞。其主要表現在以下幾個方面。

（1）節點破壞。其主要原因是梁柱節點箍筋不足甚至沒有，節點抗剪能力差。一種情況是節點區的箍筋綁扎不夠牢靠，振搗混凝土時，箍筋往下滑移至柱頂區域，如圖1所示；另一種情況是節點區箍筋綁扎困難，施工時根本就沒有配置箍筋，如圖2所示。

（2）箍筋彎鉤長度過短，地震時錨固失效，喪失了對縱筋的支撐和對核心混凝土的約束，如圖3所示。

（3）對填充墻的認識不足，如窗下墻使框架長柱變成短柱，發生剪切破壞，如圖4所示。

（4）底層填充墻很少或沒有，造成剛度太小形成薄弱層破壞，如圖5、6所示。框架結構極少發現整體垮塌的現象，但在在綿竹有一棟框架結構的建筑發生了整體垮塌的現象。經了解得知，地震發生時該建筑正在裝修改造，底部填充墻被拆除，造成底部過于柔弱，故而在強烈地震作用下導致了整體垮塌。

（5）結構之間的變形縫間距普遍太小，且建筑和結構的構造不合理，導致在地震中出現相互碰撞的情況。由于建筑物高度不大，尚未產生嚴重后果。但表面破損嚴重，會給使用人造成心理壓力，影響震后的使用。

（6）框架填充墻體破壞嚴重。

3 存在的主要問題及采取的措施

3.1 現有規范、設計或施工中的不足

從上面震害分析圖片可以看出，框架填充墻體在地震中對結構的影響非常值得工程設計者的深思。非結構構件的填充墻體，在地震作用中十分復雜，根據材料的不同以及和主體結構的關系，其將對結構產生不同程度的影響。

（1）在平面內，改變主體結構的側向剛度的分布，從而改變各構件之間的地震內力分布狀態；在豎向，改變結構層剛度的變化，導致薄弱層的出現。

（2）給主體結構的地震分析帶來困難，不易選取合適的結構抗震分析模型，不易正確地估計地震反應。從目前我國規范來講，處理填充墻對結構側向剛度貢獻時，通常考慮將結構自振周期折減，從而放大地震作用來整體考慮，而未考慮平面及豎向填充墻體布置的不同對結構的影響。

（3）填充墻處理不當，往往引起主體結構的破壞，如形成短柱，產生剪切破壞。這一點應該引起設計者的重視。

（4）框架結構的任意樓層不可避免存的在一定數量的填充墻，而一般來講，填充墻體會先于框架柱開裂。因此，為避免填充墻這一非結構構件受到較大損壞，用于層間位移驗算的層間位移角限值必須考慮容許的填充墻體開裂程度。我國現行多遇烈度彈性驗算時，鋼筋混凝土框架彈性層間位移角限值為1/550，鋼筋混凝土框架—抗震墻、板柱—剪力墻、框架核心筒彈性層間位移角限值為1/800。從此次地震震害來看，盡管地震災區地震烈度可能超過規范的多遇地震烈度，但框架結構填充墻損壞的嚴重程度也在合理范圍。樓梯破壞的同時，往往樓梯間墻體破壞也較嚴重，設計時防止樓梯間墻體破壞對防止樓梯破壞起有利作用。綜合上述因素，建議將框架多遇地震作用下彈性層間位移角限值適當減小。而多遇地震作用主要是保證結構為彈性狀態，結構主要構件不壞。由于填充墻體與框架梁、柱存在一定間隙，并且不同材料的填充墻體，其變形也存在一定差異，故在多遇地震驗算時，規范對填充墻體的剛度考慮是合理的。

（5）鋼筋混凝土結構在罕遇地震作用下，結構總體上不具備抗力儲備，結構主要依靠本身的變形來吸收和耗散地震能量。《建筑抗震設計規范》GB50011-2001規定，彈塑性層間位移角限值對于鋼筋混凝土框架結構為1/50。此次汶川地震震害表明：部分框架結構層間位移已達到1/15～1/20，結構仍未倒塌。綜合各種因素，一旦進入彈塑性驗算時，其層間位移超過了多遇地震下的層間位移，如果此時驗算不考慮填充墻體的剛度計入，或者考慮周期折減，這種考慮將太過粗糙，驗算的結果往往存在較大誤差甚至錯誤。此時應計入填充墻體剛度的影響，可將其折算成混凝土剪力墻結構來計入考慮。其現行規范對彈塑性層間位移角限值是比較保守的，可以增大。

（6）《混凝土結構設計規范》GB50010-2002采用了梁、柱構件內力調整、柱軸壓比限制和柱體積配箍率等措施。其主要的目標是保證“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件”的設計思想，這種設計理念與3個水準目標一致的。從此次地震災區框架結構震害來看，較多數的現行建筑物未達到“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件”這一目標，其重點是柱和節點破壞，梁出現塑性鉸的情況較少。

（7）在框架梁、柱節點區的澆筑施工中，易將箍筋下移，引起節點區箍筋不足。

3.2 處理措施

（1）做好細部構造，使非結構構件成為抗震結構的一部分。在計算分析時，充分考慮非結構構件的質量、剛度、強度和變形能力。

（2）選用合理的抗震結構，加強結構的主體剛度，以減小主體結構的變形量，防止非結構構件的破壞。

（3）設計過程中，應充分考慮非結構構件對主體結構的影響，并考慮可能出現的短柱，在設計中予以加強。

（4）嚴格控制施工質量。柱、梁箍筋加密區必須滿足要求，避免因施工造成結構的安全隱患。

（5）對于裝修改造工程，必須嚴格遵守國家有關規定，不得損壞原有建筑結構，要確保結構安全。

4 結語

綜上所述，框架結構的地震反應分析，尚存在許多課題需要研究。

（1）對于非結構構件的研究主要為：框架填充墻體平面、立面分布或連接對主體結構剛度、自振周期和頻率等的影響。而對于其他非結構構件，如裝飾構件，其可承受的變形尚需研究。

（2）層間位移驗算的層間位移角限值必須考慮容許的填充墻體開裂程度。選擇合理而適當的層間位移角限值，對控制墻體的破壞或維修具有重要的經濟意義。

（3）填充墻體和樓梯破壞的關系有待于進一步研究，以為逃生通道的樓梯設計提供依據。陜西水利

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