混凝土框架結構抗震設計探析

劉芳

摘要：一個優秀的建筑設計師，必須充分重視建筑抗震設計技術，不斷地思考、總結和創新，并進行深入系統的理論分析。只有開發合理而可靠的結構抗震設計理論和方法，才能在建筑抗震設計中更好地發揮建筑設計師的應有作用。本文分析了地震對混凝土框架結構建筑物的破壞，探討了混凝土框架結構抗震設計方法。

關鍵詞：框架結構；混凝土；抗震設計方法

在混凝土框架結構抗震設計中，通過“強節弱桿、強剪弱彎、強壓弱拉、強柱弱梁”四強四弱抗震措施的采取，實現混凝土框架結構抗震設防目標，是混凝土框架結構抗震設計的核心。在混凝土框架抗震設計兩階段設計中，在混凝土框架結構方案布置符合抗震設計原則前提下，通過第一階段多遇地震作用下延性框架的設計，落實了混凝土框架結構抗震設計要求，減輕了大地震對框架結構的破壞作用，建立混凝土框架結構抗震設計抗震機制，最終可實現抗震設防目標。

一、地震對混凝土框架結構建筑物的破壞

1.混凝土框架結構的承重體系是由梁板柱三種構件組成的結構體系。從施工角度來說，這種結構的施工速度是比較快的，也比較簡易，而且在使用功能上也比較靈活。可以根據用戶的要求進行隔墻布置，是一種比較實用的結構體系。

2.地震使承重結構承載力不足或變形過大，引起的框架梁﹑柱的破壞和填充墻的破壞、結構喪失整體性的破壞和地基失效破壞。框架梁﹑柱的破壞主要反映在節點處。柱的破壞重于梁；柱頂的破壞重于柱底；角柱的破壞重于內柱；短柱的破壞重于一般柱。混凝土框架結構的磚砌填充墻遇到地震時破壞較為嚴重，一般7 度就出現裂縫。端墻、窗間墻及門窗洞口邊角部分裂縫最多，9 度以上填充墻大部分即會倒塌，原因是在強烈的地震作用下，框架的層間位移較大，因填充墻砌體的極限變形很小，在往復水平地震作用下，即產生斜裂縫甚至倒塌。混凝土框架結構的變形為剪切型，下部層間位移較大，因此填充墻的破壞在房屋中下部幾層較嚴重。

二、混凝土框架結構抗震設計方法

1.應重視框架梁柱節點的設計，保證其具有滿足要求的承載力。

（1）框架節點是聯系梁柱的重要部件，只有節點具有了足夠的承載力，才能保證梁柱充分發揮其承載能力和變形能力，從而使整體結構具有良好的抗震能力。因而建筑抗震規范從概念設計的角度規定了“構件節點的破壞，不應先于其連接的構件”，同時也規定“一、二、三級框架的節點核芯區，應進行抗震驗算；四級框架節點核芯區，可不進行抗震驗算，但應符合抗震構造措施的要求”及一些加強節點的構造要求。

圖1 框架節點破壞

（2）從大量震害實例來看，節點的破壞形式主要有： 節點區域混凝土被壓碎，箍筋斷裂或松脫，縱筋壓曲外鼓等（圖1） 。從目前的一些設計來看，很多設計人員并未重視對節點的設計，設計中經常出現節點區域的抗剪能力不足、節點區域的箍筋實配梁少于計算量、節點區域的箍筋肢距或配箍率不滿足要求、節點區域的實際混凝土強度等級低于計算、梁柱的偏心距較大而未采取合理的加強措施等，這些都會導致節點的承載力不足，使節點在地震中成為薄弱部位。設計中應有針對性地對節點采取加強措施，在使節點設計滿足有關規定的前提下，還宜適當提高節點區域的配箍率和加密箍筋間距和肢距，加強箍筋對混凝土和縱筋的約束，進一步提高節點的承載力和延性。

2.應采取措施，避免結構的扭轉破壞。

（1）地震中，很多建筑結構端部構件破壞嚴重，甚至已局部倒塌。結構平面端部的破壞一般由結構的扭轉引起，結構在地震作用下的扭轉變形很難形成整體結構的延性耗能機制，即使在設計時采取了保證結構構件延性的構造措施，整體結構有可能仍不具有設計期望的延性。

（2）對于結構的位移比，按規定樓層的豎向構件最大彈性水平位移（或層間位移），不宜大于該樓層兩端彈性水平位移（ 或層間位移） 平均值的1.5倍。《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3）規定在考慮偶然偏心影響的地震作用下，樓層的豎向構件最大彈性水平位移和層間位移與該樓層的平均值的比值，A、B級高度高層建筑、混合結構高層建筑、復雜高層建筑不宜大于1.2，A級高度高層建筑不應大于1.5，B級高度高層建筑、混合結構高層建筑、復雜高層建筑不應大于1.4。在結構設計時，嚴格控制結構位移比，使之滿足規范要求是非常必要的。

（3）眾所周知，由于地震作用的不確定性和地震作用中扭轉分量的實際存在，即使設計為平面簡單、規則、對稱、荷載布置均勻的結構，在地震中也會產生扭轉變形，當結構第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1比較接近時，說明結構的抗扭剛度偏小，結構在地震中產生扭轉振動的可能性很大，當建筑結構（ 包括多層結構） 的周期比不小于0.90時，結構在地震中極易產生扭轉破壞，為避免結構在地震中產生扭轉破壞，設計中仍應采取有效措施提高結構的抗扭剛度或提高結構的抗扭承載能力。

3.提高混凝土強度等級。為滿足框架柱軸壓比要求及避免框架柱截面尺寸過大，在抗震結構設計中（尤其是高層結構抗震設計中）常取框架柱的混凝土強度等級高于梁板的強度等級，有時高出幾個等級。高層建筑結構抗震設計是十分復雜的任務，需要在每一個環節充分考慮，根據國內一些工程實踐，較成熟的施工方法如下。第一，為滿足“強節點”的概念設計，節點區混凝土強度等級與柱相同。第二，先澆注高等級混凝土，后澆注低等級混凝土。第三，應確定合理的配合比，嚴格控制施工配料，并在現場測控坍落度，加強對混凝土的養護，以防梁端高低等級混凝土交界處附近出現混凝土收縮裂縫。

4.截面尺寸不宜太小。第一，框架梁是框架地震作用下的主要耗能構件，因此，梁特別是梁的塑性鉸區應保證有足夠的延性。影響延性的因素有：梁柱剪跨比、梁柱剪壓比、柱軸壓比等。在地震作用下，梁端塑性鉸區保護層容易脫落，如梁截面高度過小，則截面損失比例較大。第二，框架柱是框架結構的主要抗側力構件，應具有較高的承載能力和變形、耗能能力。而且，框架柱截面尺寸太小，箍筋不充分，柱的延性與抗震能力不足會導致脆性剪切破壞或柱頭壓碎。

地震所產生的地面運動有很大的隨機性，不同地點所發生地震的波形是完全不同的，從而它對建筑物所產生的作用是很不相同的。所以，抗震設計所考慮的地是不確定的，也不能準確地預測，更難以確切地估計。因此，抗震設計必須留有較多的余地。正確合理地采取抗震構造措施，能最大限度地減少地震損失，防止結構脆性破壞與倒塌。

參考文獻：

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