对钢筋混凝土框架结构抗震性能设计研究

对钢筋混凝土框架结构抗震性能设计研究

作者：周辉 徐伟伟

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第33期

【摘要】这几年来，地震发生的频率加大，且地震等级较大，为了能够更好的保证地震中建筑物的稳定性和安全性，一定要在设计阶段就要加强框架结构的抗震设计。本文就以此为中心，对钢筋混凝土框架结构中的抗震设计问题进行简要分析。 【关键词】钢筋混凝土框架结构；抗震结构；设计；措施 一、钢筋混凝土框架结构概述

钢筋混凝土框架结构是指由钢筋混凝土梁和柱以刚接或者铰接相连接而构成承重体系的结构。框架结构具有空间分隔灵活、自重轻、节省材料，可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构；采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度要好，且设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。但是框架结构体系也有不少的缺点，具体为：框架节点应力集中显著；框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生的水平位移较大，易造成严重的非结构性破坏等等。在地震区，由于地震作用明显，对于水平抵抗力弱的框架结构，如何利用框架结构的优点，合理地设计结构体系是现在建筑设计的重点和热点问题。 二、抗震结构的延性及结构中设计原则 1、采用合理的建筑平立面

建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理，结构布置符合抗 震原则，就能从根本上保证房屋具有良好的抗震性能。 2、提高延性设计

延性性能是指结构或构件在承载力没有明显下降的情况下能够承受很大的非弹性变形能力。一般结构的延性包括结构延性和构件延性，而结构延性包括总体延性和楼层延性。构件延性要求一般都高于结构延性的要求，而构件延性又取决于构件截面纵向配筋率，约束混凝土和防止纵向钢筋压屈的箍筋配筋率，混凝土和钢筋的强度以及轴向荷载的大小。构件破坏时的变形与屈服时变形的比值称为构件的延性，延性越大，则结构在地震作用下可以承受大的塑性变形而不破坏倒塌，可以使地震作用更多地降下来。因此结构的设计和配筋构造都要保证它具有足够的延性。因此，结构要有良好的抗震性能，通常采取以下措施保证结构的延性：1）有足够的承载力来保证结构的强度；2）有足够的抗侧向力的刚度来保证结构的侧向位移；3）结构的自震周期应与地震的卓越周期错开；4）尽可能设置多道防线；5）在地震作用下节点承载力应大于相连构件承载力，当构件屈服时，退化时，节点应保证承载力和刚度不变；6）合理控

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制结构的非弹性部位（塑性铰区），实现合理的机制；7）结构单元之间应遵守牢固连接或彻底分离的原则；8）底层应加强，弯矩考虑增大，地下室一层可考虑延性；9）采用有效措施，防止早出现剪切、锚固、受压等脆性破坏，因此采用“约束混凝土”是非常重要的措施；10）抗震设计中应加强的就强，应弱的就弱，不得任意加强。因此在设计不合理的任意加强以及在施工中以大代小改变钢筋，都需要慎重考虑。 三、加强框架结构中抗震性能的重要环节分析 1、保证梁柱纵向钢筋在框架节点区正确可靠的锚固

众所周知，框架结构最佳的抗震机制是梁式侧移机构，以达到消耗地震能量的作用。但梁正常工作和梁端塑性铰形成的基本前提是保证梁纵筋在节点区有可靠的锚固，不造成钢筋的锚固破坏。若强震引起梁断裂，只要梁端钢筋的锚固未失效，悬索作用也能维持楼面不立即坍塌，以达到人员安全撤离的目的。因此施工监理人员务必加强梁端钢筋锚固质量的检查验收。梁端节点钢筋的锚固一般分为有弯折的锚固和无弯折的锚固（锚固长度满足）。弯折锚固分为水平段和弯折段两部分。试验证明弯折锚固钢筋的主要持力段是水平段，只有到加载后期水平段发生粘结破坏锚固力才转移由弯折段承担。 2、加强对框架节点区域箍筋的检查验收

框架节点区域箍筋加密的作用不仅能承担梁柱的剪力，而且能约束混凝土提高混凝土的抗压强度及变形能力，增加其延性的效果，还能为纵向钢筋提供支撑，防止纵筋压曲，从而提高框架的抗震性能。框架节点钢筋密集，箍筋设置困难，箍筋加密区长度及根数易被忽视，因此施工监理人员必须加强节点区域箍筋的检查验收。不仅要检查梁柱节点区域箍筋的直径、间距、加密区长度、数量、箍筋形式和绑扎质量，同时还要注意检查梁的第一个箍筋距支座边 50 mm 的要求。当有刚性地面时，还要注意检查底层框架柱在刚性地面上下的加密情况。对有抗震要求的箍筋弯折角度应为 135 °，弯折后平直长度不应小于箍筋直径的 10 倍，且不小于 75 mm。

3、框架节点区域混凝土施工质量的控制

节点区域钢筋密集，混凝土施工困难，混凝土下料和振捣难度大，极易造成不密实现象，影响节点区域的混凝土强度。节点区域模板接头多，若拼缝不严，措施不当，会造成漏浆，影响混凝土质量。故在编制施工方案时应对关键部位、关键工序进行质量控制；监理人员应编制监理实施细则，认真履行职责，做好旁站监理记录。注意检查柱头、柱根的清理工作，严格按照施工缝的处理方案进行施工，保证柱刚度的连续性。认真做好模板的检查和混凝土浇筑质量的监督工作，同时做好对原材料质量、混凝土配合比的计量和试块的留置监督检查。保证节点核心区混凝土的抗剪强度，提高结构的抗震性能。 四、钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计构造措施

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1、轴压比与纵筋最大配筋率

合理的受力特征可明显提高构件延性，为实现受拉钢筋的屈服限于受压混凝土压碎的破坏形式，以提高塑性铰区域的转动能力，规范限制轴压比及纵筋的最大配筋率，同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。 2、约束箍筋及配筋形式

为保证强柱弱梁、强剪弱弯的设计原则及塑性区域的局部延性，有必要加密塑性区域内的箍筋间距。这不仅可提高柱端抗剪能力，还可约束核心区混凝土，对纵向钢筋提供侧向支持，防止大变形下纵筋压屈，从而改善塑性区域的局部延性。规范对约束箍筋的最小直径、最大间距、塑性铰区域的最小长度都做出了详细规定，并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。 3、材料要求

材料延性对确保构件延性极为重要，为此规范对材料也提出相应限制，如保证钢筋屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值、伸长率及混凝土强度等级，同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出相应限制。 4、梁柱等构件延性的影响因素

影响因素主要是混凝土极限压应变和破坏时的受压区高度。同时对于梁而言，无论是对不允许柱出现塑性铰（底层柱除外）的方案，还是允许柱出现塑性铰但控制其出现时间和程度的方案，梁端始终都是引导出现塑性铰的主要部位，所以都希望梁端的塑性变形有良好的延性和良好的塑性耗能能力。因此除计算上满足一定的要求外，还要通过的一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性。 五、结术语

总之，结构抗震设计一方面应按现行设计规范对结构进行必要的计算，满足承载力和变形的要求；另一方面还要采取正确的构造措施，提高结构的延性，防止结构倒塌。在进行钢筋混凝土框架结构的抗震设计时，首先要有合理的满足抗震要求的建筑布置，同时要有清楚的抗震设计概念，不仅要进行抗震理论计算，更要重视框架结构的构造要求，确保框架结构的设计安全可靠。 【参考文献】

[1]陈仁朝，框架结构抗震设计相关问题的探讨.科技资讯，2010年第34期. [2]王红伟，钢筋混凝土框架结构抗震延性设计[J].建材世界，2013，02：126-129.

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[3]张敏，钢筋混凝土框架结构的延性抗震设计[J].桂林工学院学报，2004年01期.