時(shí)間：2023-05-29 17:38:14
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇框架結(jié)構(gòu)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；框架結(jié)構(gòu)；少墻框架；對比；應(yīng)用
中圖分類號：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：
Abstract: With the development of Chinese construction industry, the people have the deep understanding on the frame structure performance, and give full play to its characteristics. This paper analysis of existing problems from the high earthquake intensity area of multi-story frame structure design, illustrated with examples for less wall frame structure and its application in practical engineering.
Key words: structural design; frame structure; little wall frame; contrast; application
2008年汶川大地震以來，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行了兩次修訂，人們對框架認(rèn)識(shí)不斷深入，發(fā)現(xiàn)框架結(jié)構(gòu)在地震過程中容易出問題的地方：1.梁柱節(jié)點(diǎn)處，墻柱弱梁的設(shè)計(jì)理念未能得到很好應(yīng)用，導(dǎo)致梁完好無損，而框架柱的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)則破壞嚴(yán)重。2.由于填充墻體的分布不均勻，導(dǎo)致薄弱層的存在。3.由于填充墻在門窗洞口處未沿層高布置，使框架柱形成短柱，在該處形成薄弱環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員也未采取措施進(jìn)行加強(qiáng)。針對框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中存在的一些問題和缺陷。少墻框架能夠很好的彌補(bǔ)其中一部分缺陷，并可以在合適的工程設(shè)計(jì)中得以使用。
高烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題
2010版抗震規(guī)范與2008版抗震規(guī)范中對于框架梁柱內(nèi)力調(diào)整系數(shù)對比詳表1：
表1：
2008版抗震規(guī)范 2011版抗震規(guī)范
框架柱端彎矩增大系數(shù) 一~三級：1.4,1.2,1.1 一~四級：1.7,1.5,1.3,1.2
底層框架柱下端彎矩增大系數(shù) 一~三級：1.5,1.25,1.15 一~四級：1.7,1.5,1.3,1.2
梁端剪力增大系數(shù) 一~三級：1.3,1.2,1.1 一~三級：1.3,1.2,1.1
柱剪力增大系數(shù) 一~三級：1.4,1.2,1.1 一~四級：1.5,1.3,1.2,1.1
從中我們不難看出，規(guī)范編寫組針對地震過程中比較容易出問題的框架柱的內(nèi)力作了較大的調(diào)整，而對框架梁則沒作調(diào)整。這是一個(gè)比較有效的實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁的措施之一。
1.2伴隨著框架柱內(nèi)力的大幅度提高，在設(shè)計(jì)過程中這樣那樣的問題也就浮出水面了。
首先，框架柱的截面必須增大很多才能使計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。然而作為框架結(jié)構(gòu)，其空間靈活的優(yōu)勢則不能游刃有余。雖不說是消失殆盡，也在一定程度上限制了框架結(jié)構(gòu)其應(yīng)有作用的發(fā)揮。比如說，在多層框架住宅設(shè)計(jì)中，以前400*400的框架柱就可以滿足要求，而現(xiàn)在可能要做到500*500，甚至600*600。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員，不僅僅要考慮到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足計(jì)算結(jié)果了事，我們也同樣的擔(dān)負(fù)起對建筑的使用和美觀設(shè)計(jì)的重?fù)?dān)。
其次，即便是調(diào)整了框架梁柱的尺寸，有些計(jì)算結(jié)果也是很難能滿足規(guī)范要求的。比如說，彈性層間位移角限值，抗震規(guī)范表5.5.1規(guī)定：框架結(jié)構(gòu)其值為：1/550。無限制的增加梁柱截面來滿足規(guī)范要求是不現(xiàn)實(shí)的。
再次，由于內(nèi)力的調(diào)整，框架梁柱截面及配筋的加大，鋼筋含量無疑會(huì)增加很多。對于開發(fā)商來說，是不能接受的。
1.3框架結(jié)構(gòu)中填充墻的不合理布置，從框架結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)上來說是一大詬病。
填充墻作為框架結(jié)構(gòu)中分割建筑功能不可或缺的一部分，其作用是不言而喻的。然而一些建筑，由于其填充墻的不合理布置導(dǎo)致薄弱層的存在，而一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員不能夠認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，或者是能夠認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)，卻在設(shè)計(jì)中不能采取有效的措施來彌補(bǔ)不足。這一類建筑在學(xué)校中尤其突出，很多學(xué)校把宿舍樓的底層設(shè)計(jì)成架空層，作為學(xué)生活動(dòng)、停放自行車等場所。無疑給學(xué)生帶來了極大的方便。學(xué)校的建筑作為乙類建筑，其重要性不必多說。在汶川地震中，大量學(xué)校建筑的破壞給我們留下了深刻的印象。然而我們一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員卻不能很好的通過自己所學(xué)習(xí)的知識(shí)和對規(guī)范的深刻理解，來幫助建筑師、業(yè)主達(dá)到這一目的，使我們的建筑即好用，又安全。
流行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件PKPM、廣廈等，不能在程序中較好的反應(yīng)填充墻的作用。僅僅通過輸入荷載和周期折減系數(shù)的調(diào)整來反應(yīng)填充墻對整體結(jié)構(gòu)的影響。然而周期折減調(diào)整系數(shù)模糊不清，范圍也比較大。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員為了達(dá)到得到比較滿意的計(jì)算結(jié)果，往往取最大值。2010版抗震規(guī)范和2011版砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范也要求了：有抗震設(shè)防要求時(shí)宜采用填充墻與框架脫開的方法。這樣可以有效的防止在地震作用過程中填充墻的不利影響，比如短柱效應(yīng)。
2.少墻框架結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和在實(shí)際工程中的應(yīng)用
2.1 少墻框架結(jié)構(gòu)的含義
所謂少墻框架結(jié)構(gòu)，顧名思義，在以框架梁柱為主要抗側(cè)力構(gòu)件的母體上，布置少量的剪力墻。其本質(zhì)上還是框架結(jié)構(gòu)。由于少量剪力墻的設(shè)置，無疑給框架結(jié)構(gòu)增加了一道防線。使得我們的結(jié)構(gòu)更加安全、可靠，然后即便是少量剪力墻的設(shè)置，也要合情合理，不能因?yàn)槠淇捎锌蔁o，而布置的雜亂無章，使得結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)增大。
2.2 少墻框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的背景
由于框架結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作中，和新規(guī)范提出更高要求的情況下，顯得力不從心。一種介與框架結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)了。少量的剪力墻和框架一起分擔(dān)地震力，并且能有效的降低彈性層間位移角，使其滿足舒適度和規(guī)范的要求。
2.3 少墻框架和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的區(qū)別
鑒于少墻框架是個(gè)新生事物，并逐漸得到專家和設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可。我們?nèi)绾螀^(qū)別少墻框架和框架-剪力墻結(jié)構(gòu)呢？筆者認(rèn)為可以從以下兩個(gè)方面來區(qū)分：
首先，從概念設(shè)計(jì)上來區(qū)分。少墻框架結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上還是框架結(jié)構(gòu)，只是在其中增加了少量的剪力墻，使得剪力墻能夠給和框架協(xié)同工作，剪力墻數(shù)量較少。框架-剪力墻結(jié)構(gòu)相對來講，剪力墻的數(shù)量多一些。概念設(shè)計(jì)雖然是個(gè)模糊的概念，但對于成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來說又是相當(dāng)重要的。
再者，從量上來區(qū)分。對于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不是很豐富的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來說，沒有一個(gè)具體的量，是很難把握的。《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2010）6.1.3條給予了設(shè)計(jì)人員一個(gè)設(shè)計(jì)依據(jù):在規(guī)定水平力作用下，底層框架部分所承擔(dān)的地震傾覆力矩大于地震總傾覆力矩的50%時(shí)，其框架的抗震等級應(yīng)按照框架結(jié)構(gòu)確定，抗震墻的抗震等級可與其框架的抗震等級相同。
綜上所述，我們就能做到心中有數(shù)的進(jìn)行合理的布置剪力墻，來輔助框架工作。
Abstract： In view of the bad damage mode and common forms of damage of the frame structure under earthquake， this paper analyzes the causes of the damage of frame structure. Combined with the actual structure of the frame， the reinforcement methods suitable for the frame structure are put forward， and the characteristics and defects of these reinforcement methods are pointed out. The reinforcement technologies are systematically classified， and the shortcomings of the existing reinforcement technology are pointed out， which can provide reference for the development of frame structure reinforcement technology.
關(guān)鍵詞： 框架結(jié)構(gòu)；加固技術(shù)；FRP加固；復(fù)合加固
Key words： frame structure；reinforcement technology；FRP reinforcement；composite reinforcement
中圖分類號：TU377.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-4311（2017）11-0113-02
0 引言
框架Y構(gòu)又稱構(gòu)架式結(jié)構(gòu)，是由梁和柱以剛接或鉸接的形式連接而成的結(jié)構(gòu)體系。其主要優(yōu)點(diǎn)是：跨度大，空間分隔靈活；墻體不承重故自重較輕且側(cè)向剛度較柔而構(gòu)成延性，有利于抗震；梁和柱利于標(biāo)準(zhǔn)化施工，節(jié)約材料，可以靈活地配合建筑平面布置。因具備良好的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，故框架結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于各類公共建筑中，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，各類形式的框架結(jié)構(gòu)在我國建筑結(jié)構(gòu)中大約占三分之一，而且這一比重將會(huì)不斷增大。
框架結(jié)構(gòu)對于人們的生產(chǎn)生活具有重要作用，但歷次地震作用表明，框架結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件破壞嚴(yán)重，尤其是柱，墻和梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞尤為嚴(yán)重。主要原因是由于框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力集中顯著，且側(cè)向剛度小，在強(qiáng)烈地震的作用下容易產(chǎn)生較大的側(cè)向位移，故而在地震中破壞較為嚴(yán)重。破壞程度較輕的結(jié)構(gòu)如果不采取相應(yīng)的措施勢必會(huì)影響其正常使用，而拆除則會(huì)造成資源的極大浪費(fèi)。因此合理地把握建筑物的損傷，科學(xué)的運(yùn)用加固技術(shù)，可使得已損建筑物的功效達(dá)到最大化[1-3]。
1 框架結(jié)構(gòu)的破壞
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在地震作用下框架結(jié)構(gòu)梁柱的破壞大多表現(xiàn)為“強(qiáng)梁弱柱”，輕則柱端混凝土開裂、剝落，鋼筋，重則柱端混凝土壓酥、縱向鋼筋屈服，呈燈籠狀。而梁與現(xiàn)澆樓板共同工作，出現(xiàn)相對少的損傷，少量現(xiàn)澆樓板的裸梁在梁端出現(xiàn)裂縫。這是一種不良的破壞模式，與現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范中框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)破壞模式“強(qiáng)柱弱梁”相背離。
1.1 破壞模式 在地震作用下，混凝土框架結(jié)構(gòu)常見的破壞模式可以分為：柱鉸模式、梁鉸模式和梁柱鉸混合模式三類[4]。
柱鉸模式，是指結(jié)構(gòu)在地震作用下，框架柱柱端首先進(jìn)入塑性狀態(tài)，出現(xiàn)塑性鉸，而梁端狀態(tài)仍為彈性，不出現(xiàn)塑性鉸。這種破壞模式是最不利的，會(huì)在極大削弱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力，產(chǎn)生薄弱部位，發(fā)生局部破壞。
梁鉸模式，指框架結(jié)構(gòu)的塑性鉸位置主要在梁端部和底層柱腳部位，在地震作用下主要通過梁端塑性鉸的塑性變形來消耗地震輸入能量，并保證其他部位的框架柱始終保持彈性狀態(tài)。這是最理想也是最有利的一種破壞機(jī)制，從理論上講，可以使結(jié)構(gòu)擁有好的延性和耗能能力。
關(guān)鍵詞：異形柱平面布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
隨著生活水平的提高，人們對住房的要求越來越高，普通的矩形框架柱會(huì)給室內(nèi)裝飾和家具布置帶來極大的不便。如何合理地利用建筑物的有效面積，這對住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了一項(xiàng)新的要求。異型柱框架結(jié)構(gòu)柱的平面布置很靈活，圍護(hù)墻都是非承重的輕質(zhì)隔墻，受建筑的限制較少，可以滿足業(yè)主對大開間建筑的需求。適中的剛度和較輕的自重，對減小地震作用很有利，是一種經(jīng)濟(jì)合理的抗震住宅結(jié)構(gòu)體系。
一、異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)
（1）由于柱截面為異形，在雙向壓彎作用下，隨著荷載角的變化，其受壓區(qū)的形狀也隨之變化。在某些荷載角情況下，會(huì)使柱截面的受壓區(qū)高度較大而表現(xiàn)出很大的脆性。因此異形柱的延性比矩形柱差，在設(shè)計(jì)中應(yīng)嚴(yán)格控制異形柱的軸壓比，并應(yīng)盡量避免出現(xiàn)短柱；
（二）異形柱在單調(diào)荷載特別在低周反復(fù)荷載作用下粘結(jié)破壞較矩形柱嚴(yán)重。對柱的剪跨比不應(yīng)小于1.5的要求，是為了避免出現(xiàn)極短柱，減小地震作用下發(fā)生脆性粘結(jié)破壞的危險(xiǎn)性，為了設(shè)計(jì)方便，當(dāng)反彎點(diǎn)位于層高范圍內(nèi)時(shí)，柱的凈高與柱肢截面高度之比不宜小于4，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于3。
（三）影響框架柱和剪力墻肢破壞形態(tài)的主要因素有：軸壓比，剪跨比、配筋率及構(gòu)造處理。異形柱作為壓剪構(gòu)件，其破壞形態(tài)有：彎曲破壞，小偏壓破壞，粘接破壞，高壓剪破壞以及剪壓破壞，剪拉破壞和斜壓破壞。和其破壞形態(tài)相關(guān)的主要因素是：軸壓比、柱凈高與截面肢長之比（即剪跨比）、縱筋配筋率等。通過必要的構(gòu)造措施可以防止粘結(jié)、剪拉及斜壓等脆性破壞，提高柱肢的小偏壓及剪壓破壞的延性。
（四）異形柱的柱肢截面較薄，框架梁應(yīng)沿平行于柱肢的方向插入柱肢。若沿垂直方向插入柱肢，則梁縱向鋼筋的水平錨固長度難以滿足規(guī)范要求。
（五）框架梁的截面寬度可與柱肢厚度相同或大于柱肢厚度。若二者相同，梁的縱筋應(yīng)在柱筋的內(nèi)側(cè)穿過，并采取一定的構(gòu)造措施；若梁寬大于柱肢厚度，梁的外側(cè)縱筋可在柱筋的外側(cè)穿過。
二、結(jié)構(gòu)平面布置
異型柱框架結(jié)構(gòu)的平面布置，除應(yīng)遵守一般框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施、相關(guān)規(guī)定、設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)考慮自身的特點(diǎn)，注意以下幾點(diǎn)：
（一）平面布置宜盡量對稱，兩個(gè)主軸方向要協(xié)調(diào)，使合力中心盡可能和剛度中心重合，減少偏心距，盡量減少因扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的不利影響；
（二）異形框架宜雙向設(shè)置，框架柱應(yīng)對齊，框架梁應(yīng)拉通，避免縱橫框架梁相互支撐，使結(jié)構(gòu)形成空間受力并具有足夠的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，同時(shí)具有良好的整體性和較好的抗震性能。
（三）豎向布置應(yīng)力求體型規(guī)則、均勻，避免過大的外挑和內(nèi)收，防止樓層剛度沿豎向的突變，盡量避免錯(cuò)層。
總之，異型柱設(shè)計(jì)的目的主要是合理解決小面積房屋的使用問題，應(yīng)重點(diǎn)布置在房屋中影響房間使用的墻角部位，其它部位從受力合理和施工方便兩個(gè)方面考慮宜采用矩形截面柱。這樣兼顧了使用和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面，充分發(fā)揮了異型柱使用和受力的特點(diǎn)創(chuàng)造出每平方米建筑面積用鋼量較低的好指標(biāo)。
三、異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題
異形柱的受力情況復(fù)雜，結(jié)構(gòu)延性相對較差，單純依靠目前的程序計(jì)算配筋尚難滿足結(jié)構(gòu)抗震的延性要求，因此必須加強(qiáng)構(gòu)造措施，從概念出發(fā)，保證結(jié)構(gòu)具有足夠的安全度。
（一）軸壓比控制
異形柱的延性比通俗矩形柱要差。軸壓比、高長比（即柱凈高與截面肢長之比）是影響異形柱破損形態(tài)及延性的兩個(gè)主要原因。異形柱因?yàn)槎嘀拇嬖冢浼袅χ行呐c截面形心往往不重合，在受力狀況下，各肢發(fā)生翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力。因?yàn)榧魬?yīng)力，使柱肢混凝土先于通俗矩形柱呈現(xiàn)裂痕，即發(fā)生腹剪裂痕，導(dǎo)致異形柱脆性較差，使異形柱的變形能力比通俗矩形柱降低。為了保證異形柱的延性，必需嚴(yán)格節(jié)制軸壓比，同時(shí)避免高長比小于4（短柱）。可以通過控制柱距、采用輕質(zhì)墻體、優(yōu)化結(jié)構(gòu)平面布置改善。柱肢端承受梁傳來的集中荷載，局部壓應(yīng)力大，可設(shè)置暗柱。
（二）配筋構(gòu)造
在正確的結(jié)構(gòu)選型及計(jì)算后，截面內(nèi)鋼筋的構(gòu)造也是保證異形柱受力性能的重要因素。由于異形柱截面的特點(diǎn)，柱肢端部會(huì)出現(xiàn)較大應(yīng)力，加上梁作用于柱肢上應(yīng)力的不均勻，一般越靠肢端應(yīng)力越大，對柱肢形成偏心壓力，進(jìn)一步加大肢端壓應(yīng)力。因此在異形柱配筋時(shí)，應(yīng)在肢端設(shè)暗柱，暗柱的外排鋼筋由計(jì)算而定。離端部厚度范圍內(nèi)設(shè)2Ф14的構(gòu)造縱筋，箍筋同柱，這樣可限制柱肢的砼裂縫的開展，提高異形柱局部抗壓抗剪強(qiáng)度及變形能力。柱上的箍筋不僅能抗剪，也可約束砼變形，增大其延性。異形柱由于不易形成多肢復(fù)合箍，因而其配筋率只能由加大箍筋直徑和加密間距來實(shí)現(xiàn)。相同配箍率下，箍筋直徑大，其延性指標(biāo)好，因而箍筋可用Ф8、Ф10，其間距可比普通柱箍筋間距小。
（三）梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
梁柱節(jié)點(diǎn)是異形柱結(jié)構(gòu)的薄弱部位。由于節(jié)點(diǎn)的作用是將本層和上層荷載通過核心區(qū)傳至下層柱中，其作用力為與節(jié)點(diǎn)相連的梁端和柱端彎矩、軸力、剪力、扭矩，受力非常復(fù)雜。異形柱框架節(jié)點(diǎn)由于異形柱截面的特點(diǎn)，正交方向梁截面的寬度與柱接觸面積較小且偏置，對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)砼難以達(dá)到約束。由于異形柱容易在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)產(chǎn)生阻壓應(yīng)力，使砼壓壞，因此必須對異形柱框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)行受剪承截力計(jì)算，無論是非地震區(qū)或地震區(qū)（包括高、低抗震區(qū))均應(yīng)計(jì)算，這是異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須執(zhí)行的強(qiáng)制性條文。異形柱截面形式的不同，其節(jié)點(diǎn)受剪承載力也差別較大。十形截面柱的翼緣布置在節(jié)點(diǎn)截面中間受力最大的部位，翼緣的作用得以充分發(fā)揮，節(jié)點(diǎn)受剪承載力與同截面面積的矩形柱相差不大，T形截面次之，L形相差最大，受剪承載力下降最大。要想控制節(jié)點(diǎn)受剪承截力，首先應(yīng)限制節(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面，避免截面太小承受過大的斜壓力，導(dǎo)致核心區(qū)砼首先被破壞。其次是控制節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配箍面積，保證節(jié)點(diǎn)受剪承載力，改善節(jié)點(diǎn)的抗震性能。
（四）異形柱框架結(jié)構(gòu)在SATWE中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
SATWE軟件能夠有效地分析混凝土異形柱的結(jié)構(gòu)并進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。在梁的剛度、荷載、及截面配筋計(jì)算時(shí)，要充分考慮異形柱框架結(jié)構(gòu)的特殊性。由于混凝土異形柱的柱肢較長，梁、柱在節(jié)點(diǎn)處的重疊部分較大，合理的力學(xué)模型簡化應(yīng)將重疊部分作為剛域，自重計(jì)算時(shí)不應(yīng)重復(fù)計(jì)算重疊部分的混凝土重量，SATWE軟件中對梁考慮了這樣的力學(xué)模型簡化：梁的計(jì)算按扣除剛域后的梁長計(jì)算：梁上的外荷載按梁兩端節(jié)點(diǎn)間長度計(jì)算；截面設(shè)計(jì)按扣除剛域后的梁長計(jì)算。梁端剛域的計(jì)算原則如下：即梁兩端與柱的重疊部分長分別為Di和Dj，梁長為L（即兩端節(jié)點(diǎn)的間距），梁高為H，則梁兩端的剛域的長度分別為Dbi＝Ma×（0，Di H/4）； Dbj＝Ma×（0，Dj―H/4）；扣除剛域后的梁長為：LO＝L－（Dbi＋Dbj）
四、結(jié)語
總之，異型柱框架結(jié)構(gòu)的平面布置比普通矩形柱框架靈活，可以較好滿足建筑功能的要求，具有良好的發(fā)展前景，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中應(yīng)了解異形柱結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及其破壞機(jī)理，選用合理的結(jié)構(gòu)形式，正確掌握計(jì)算機(jī)分析方法和截面配筋，從概念設(shè)計(jì)到結(jié)構(gòu)計(jì)算以及構(gòu)造措施等多方面確保工程結(jié)構(gòu)安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。
參考文獻(xiàn)：
1. 劉文彤：《異形柱結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展與應(yīng)用》，《江蘇建筑》，2008年第1期。
2. 王軍芳、王民、詹鳳程：《水平荷載作用下異形柱框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算》，《四川建筑科學(xué)研究》，2007年第6期。
【摘 要】混凝土框架結(jié)構(gòu)是工業(yè)及民用建筑中最常用的一種結(jié)構(gòu)形式，本文從抗震結(jié)構(gòu)破壞的角度出發(fā)，擅述了框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓弱拉，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件，避免短柱效應(yīng)的概念設(shè)計(jì)理念，并據(jù)筆者多年經(jīng)驗(yàn)提出了結(jié)構(gòu)處理措施。
【關(guān)鍵詞】強(qiáng)柱弱梁；強(qiáng)剪弱彎；強(qiáng)壓弱拉；強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件；短柱效應(yīng)
Seismic conceptual design of concrete frame and structural measures
Li Dang-feng
(Zhuoyuan Tiancheng (Beijing) Environmental Engineering Technology Co., Ltd. Xi'an Office Xian Shanxi 518057)
【Abstract】Concrete frame structure is the most commonly used in industrial and civil construction of a structure, this structural damage from the seismic point of view, good out of the frame structure of the strong column weak-beam, strong shear weak bending, pulling extreme pressure Ruo, strong nodes weak bar, to avoid the short column effect of conceptual design ideas, and many years of experience, according to the author proposed a structure measures.
【Key words】Strong column weak-beam;Strong shear weak bending;Forced weak pull;Strong node weak bars;Short column effect
1. 混凝土框架結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)柱弱梁是指使框架結(jié)構(gòu)塑性鉸出現(xiàn)在梁端的設(shè)計(jì)要求。
用以提高結(jié)構(gòu)的變形能力，防止在強(qiáng)烈地震作用下倒塌。我們知道對于框架結(jié)構(gòu)建構(gòu)筑物，柱破壞了其整個(gè)建構(gòu)筑體都會(huì)傾覆，而梁破壞則僅是某個(gè)區(qū)域失效，因此柱較梁而言破壞的損害性更大。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中采用以下措施來保證強(qiáng)柱弱梁：
1.1 嚴(yán)格控制柱軸壓比；抗震設(shè)計(jì)的設(shè)防目標(biāo)為小震不壞，中震可修，大震不倒，我們目前的計(jì)算均是基于小震下進(jìn)行的，若小震下柱子軸壓比過高，則大震下將對邊柱產(chǎn)生一個(gè)不小的附加軸力（有文章指出約增加30%），則柱子根本不可能有這點(diǎn)安全儲(chǔ)備，在中震下就有可能破壞，又何談大震不倒呢？。筆者認(rèn)為軸壓比在任何情況下都不能大于0.9%。
1.2 對柱斷面及配筋設(shè)置時(shí)應(yīng)分部位處理，建議邊柱，角柱應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，特別是角柱，建議應(yīng)全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%，所有框架柱，不包括小截面柱，建議縱筋均應(yīng)大于20，且柱筋品種不宜過多，矩形截面柱盡可能對稱配筋。
1.3 梁斷面配筋時(shí)，建議應(yīng)配足底部正筋，而支座處負(fù)筋應(yīng)通過調(diào)幅讓其適當(dāng)降低（常用0.85），以使地震作用下能形成梁鉸機(jī)制，保證柱端的實(shí)際受彎承載力大于梁端的實(shí)際受彎承載力。
2. 混凝土框架結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)剪弱彎是指使鋼筋混凝土構(gòu)件中與正截面受彎承載能力對應(yīng)的剪力低于該構(gòu)件斜截面受剪承載能力的設(shè)計(jì)要求。
用以改善構(gòu)件自身的抗震性能。強(qiáng)剪弱彎通俗點(diǎn)說就是使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在發(fā)生受彎破壞前不先發(fā)生剪切破壞。彎曲破壞和剪切破壞是鋼筋混凝土構(gòu)件在地震作用下常見的破壞形式。彎曲破壞是延性破壞，是有前期預(yù)兆的――如開裂或下?lián)系龋羟衅茐氖且环N脆性的破壞，瞬時(shí)的發(fā)生，沒有任何前期的兆示，一旦發(fā)生，將是致命性的。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中保證強(qiáng)剪弱彎措施主要表現(xiàn)在提高作用剪力設(shè)計(jì)值，調(diào)整抗剪承載力兩個(gè)方面：
2.1 提高作用剪力設(shè)計(jì)值（1）對于一、二、三級框架梁，剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.3，1.2，1.1。（2）對于一、二、三級框架柱，剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)分別乘以增大系數(shù)1.6，1.4，1.2。
2.2 對于調(diào)整抗整承載力方面，為防止梁，柱端發(fā)生斜壓破壞，規(guī)范對受剪截面規(guī)定了受剪承載力上限，即規(guī)定了配箍率的上限值（梁柱加密區(qū)的箍筋加密）。
2.3 對于剪切力特別大的梁端,最好的辦法是進(jìn)行梁端加腋角。
3. 混凝土框架結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)壓弱拉是指使鋼筋混凝土工程構(gòu)件在設(shè)計(jì)中應(yīng)使受拉區(qū)鋼筋的屈服先于受壓區(qū)混凝土的破壞。
我們知道對于鋼筋混凝土工程構(gòu)件而言，合理的承載受力狀態(tài)為混凝土受壓，鋼筋受拉且平衡外力，但混凝土與鋼筋的力學(xué)性能相差并不小，混凝土從受壓到壓碎，變形量很小，屬脆性破壞；鋼筋受拉從屈服到拉斷，變形過程很長，延性良好；因此保證了強(qiáng)壓弱拉即保證了鋼筋混凝土構(gòu)件的延性破壞機(jī)制，防止了脆性破壞機(jī)制。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中采用以下措施來保證強(qiáng)壓弱拉：
3.1 對壓彎構(gòu)件（多為框架柱），嚴(yán)格控制軸壓比――壓彎構(gòu)件的軸力越小延性越好。
3.2 限制受拉配筋率（鑒于框架底層柱底過早塑性屈服，影響框架塑性機(jī)制發(fā)展，《抗規(guī)》規(guī)定：框架底層柱底的組合彎矩設(shè)計(jì)值應(yīng)考慮效應(yīng)調(diào)整，一級抗震等級乘以增大系數(shù)1.5，二級抗震等級乘以增大系數(shù)1.25）。
3.3 在裂縫滿足的條件下，盡可能采用強(qiáng)度等級高的混凝土材料。
4. 混凝土框架結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件是指節(jié)點(diǎn)的承載力不應(yīng)低于其連接構(gòu)件(梁、柱)的承載力，梁柱縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)有可靠的錨固。
在豎向荷載和地震作用下，框架節(jié)點(diǎn)主要承受柱傳來的軸向力、彎矩、剪力和梁傳來的彎矩、剪力。節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞形式為由主拉應(yīng)力引起的剪切破壞。如果節(jié)點(diǎn)未設(shè)箍筋不足，則由于抗剪能力不足，節(jié)點(diǎn)區(qū)出現(xiàn)多條交叉斜裂縫，斜裂縫間混凝土被壓碎，柱內(nèi)縱向鋼筋壓屈。國內(nèi)外大地震的震害表明，鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)在地震中多有不同程度的破壞，破壞的主要形式是節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)剪切破壞和鋼筋錨固破壞，嚴(yán)重的會(huì)引起整個(gè)框架倒塌。節(jié)點(diǎn)破壞后的修復(fù)也比較困難。框架節(jié)點(diǎn)是框架梁柱構(gòu)件的公共部分，節(jié)點(diǎn)的失效意味著與之相連的梁與柱同時(shí)失效。另一方面，混凝土構(gòu)件中鋼筋屈服的前提是鋼筋必須有可靠的錨固，相應(yīng)地塑性鉸形成的基本前提也是保證梁柱縱筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)有可靠的錨固。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中采取以下措施來保證強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件：
4.1 一般一、二級框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)考慮節(jié)點(diǎn)剪力時(shí)應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)剪力增大系數(shù)，一級取1.35，二級取1.2，其截面驗(yàn)算及構(gòu)造措施應(yīng)嚴(yán)格按《抗規(guī)》附錄D 框架梁柱節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)截面抗震驗(yàn)算。
4.2 任何時(shí)候框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)箍筋的最大間距和最小直徑都應(yīng)按《抗規(guī)》6.3.8條作為控制限值，其配置量不應(yīng)小于其，一、二、三級框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10和0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。柱剪跨比不大于2的框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)配箍特征值不宜小于核芯區(qū)上、下柱端的較大配箍特征值。
4.3 框架梁和框架柱的縱向受力鋼筋在框架節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固和搭接應(yīng)嚴(yán)格按遵從《混凝土規(guī)范》11.6.7條。
關(guān)鍵詞：砌體結(jié)構(gòu)底框結(jié)構(gòu)抗震分析
一、 問題的提出
作為當(dāng)前多層商住建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，底框結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，然而在底框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震驗(yàn)算普遍存在著下列問題：
1、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)未作縱橫兩方面的抗震驗(yàn)算。有的僅作了橫向底層框架的抗震驗(yàn)算，而縱向卻按一般連續(xù)梁計(jì)算。
2、構(gòu)造上底層抗震墻設(shè)置不當(dāng)。有的忽視了在底層縱橫方向設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻，造成整個(gè)結(jié)構(gòu)下柔上剛；有的僅在橫向設(shè)置抗震墻，造成整個(gè)結(jié)構(gòu)縱柔橫剛。而下柔上剛或縱柔橫剛的結(jié)構(gòu)在地震作用下容易產(chǎn)生較大的彈塑性變形，一旦發(fā)生地震結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重破壞。
3、概念上存在一些誤解。很多人認(rèn)為底層框架的側(cè)向剛度好于磚砌體結(jié)構(gòu)，框架縱向的側(cè)向剛度比橫向好；搞不清底部剪力法的適用條件，弄不清底框結(jié)構(gòu)的剪力分配。
以下針對存在的問題對底框結(jié)構(gòu)的抗震進(jìn)行詳細(xì)的分析，并據(jù)此提出底框結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法及防治措施。
二、底框結(jié)構(gòu)抗震分析
1、底框結(jié)構(gòu)的抗震性能
底框結(jié)構(gòu)是由不同結(jié)構(gòu)體系組成混合式結(jié)構(gòu)，受力非常復(fù)雜。（1）材料方面：底框結(jié)構(gòu)底層為混凝土框架―抗震墻結(jié)構(gòu)，上部為磚砌體結(jié)構(gòu)，上下材料性質(zhì)不同，極限變形能力相差較大，屬混合式結(jié)構(gòu)。（2）質(zhì)量方面：底框結(jié)構(gòu)屬于上重下輕的雞腿式結(jié)構(gòu)。（3）剛度方面：底框結(jié)構(gòu)屬下柔上剛結(jié)構(gòu)。（4）豎向傳力方面：上部砌體結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)換層梁板傳力給底層的框架結(jié)構(gòu)。造成底層框架―抗震墻的破壞形式為延性破壞，上部砌體結(jié)構(gòu)為脆性破壞，不利于抗震。
2、底框結(jié)構(gòu)地震剪力分配
由于底框結(jié)構(gòu)中僅有底層是框架抗震墻，且底層易發(fā)生塑性變形，所以底框結(jié)構(gòu)的剪力分配不同于框架―抗震墻結(jié)構(gòu)。底框結(jié)構(gòu)在大震時(shí)底部易發(fā)生變形集中，出現(xiàn)過大側(cè)移而破壞，實(shí)際上底框結(jié)構(gòu)的地震剪力由抗震墻和框架柱共同承擔(dān)。《建筑設(shè)計(jì)抗震規(guī)范GB50011-2010》從控制底層設(shè)置一定數(shù)量的縱橫抗震墻和底部框架柱兩道防線的設(shè)計(jì)原則考慮，其底部縱向和橫向剪力值全部由該方向的抗震墻承擔(dān)（抗規(guī)7.24-3）；在地震作用下，底部抗震墻層間位移角在1/1000左右時(shí)會(huì)開裂，位移角到1/500時(shí)剛度約下降到線剛度的30%，磚填充墻剛度約下降到線剛度的20%，而鋼筋混凝土柱在位移角為1/500時(shí)仍處于彈性階段，因此底部發(fā)生塑性內(nèi)力重分布，底部框架柱作為第二道防線起其抗震性對結(jié)構(gòu)整體抗震能力起極為重要的作用，所以抗規(guī)規(guī)定框架柱承擔(dān)地震剪力（抗規(guī)7.25）。
3、底框結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的破壞機(jī)理
上部砌體結(jié)構(gòu)開間小、橫墻多、重量大、側(cè)移剛度大，底層框架側(cè)移剛度相對小的多。剛度的急劇變化造成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換處應(yīng)力高度集中，在柱端產(chǎn)生塑性鉸，使得建筑的變形集中發(fā)生在相對較為薄弱的底層。在概念上這種比較薄弱的底層稱為“軟層”，在地震作用下 “軟層”極易率先破壞，進(jìn)而造成整個(gè)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞。
三、底框結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算方法
底框結(jié)構(gòu)的抗震驗(yàn)算作為該結(jié)構(gòu)類型設(shè)計(jì)時(shí)的主要技術(shù)控制點(diǎn)，在計(jì)算時(shí)應(yīng)綜合考慮縱橫兩方面。從以下三部分進(jìn)行抗震驗(yàn)算：
1、計(jì)算砌體結(jié)構(gòu)的抗震承載力和底層混凝土剪力墻設(shè)計(jì)值，計(jì)算過程同砌體結(jié)構(gòu)。在底層混凝土剪力墻計(jì)算中，不考慮框架柱承擔(dān)地震剪力，即所有地震作用全部有剪力墻承擔(dān)。
2、計(jì)算底部框架承受的側(cè)向地震作用及各框架柱由地震傾覆力矩產(chǎn)生的附加軸力。底框結(jié)構(gòu)的地震剪力要根據(jù)上下層側(cè)移剛度比乘以一個(gè)1.2~1.5的增大系數(shù)，然后分配給框架柱和剪力墻，分配時(shí)剪力墻側(cè)移剛度折減至0.3倍。上部砌體結(jié)構(gòu)的地震傾覆力矩按剛度比分配到各榀框架和剪力墻，再按各柱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩計(jì)算柱的附加軸力。
3、底框結(jié)構(gòu)的混凝土剪力墻根據(jù)其承受的剪力、軸力和由傾覆力矩產(chǎn)生的彎距設(shè)計(jì)值，計(jì)算出各片剪力墻的端部縱向鋼筋面積和水平分布鋼筋面積。
四、抗震防治措施
根據(jù)底框結(jié)構(gòu)抗震分析和“抗震三水準(zhǔn)原則”，本文提出以下構(gòu)造設(shè)防措施：
1、進(jìn)行合理的平面布置力求抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置規(guī)則、對稱。
2、底框結(jié)構(gòu)底層應(yīng)采用框剪結(jié)構(gòu)，即在不影響使用功能的前提下使縱橫外墻、室內(nèi)分隔墻盡量對稱，并在縱橫兩個(gè)方向均勻設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻。重點(diǎn)控制上層與底層的縱橫剛度比。
3、采用底部剪力法對底層地震剪力應(yīng)乘以1.2~1.5的增大系數(shù)，從而提高“軟層”的屈服強(qiáng)度減少“軟層”塑性變形集中。
4、底層框架柱應(yīng)考慮地震傾覆力矩引起的附加軸力。
5、上部砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱，并應(yīng)每層設(shè)置圈梁。底層頂板宜采用現(xiàn)澆。轉(zhuǎn)換層中的柱應(yīng)避免出現(xiàn)塑性鉸。
6、嚴(yán)格遵守《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，做好抗震設(shè)防。
框架結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)的區(qū)別如下：
1、框架結(jié)構(gòu)，又叫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由梁柱構(gòu)成，構(gòu)件截面較小，因此框架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都較低，它的受力特點(diǎn)類似于豎向懸臂剪切梁，樓層越高，水平位移越慢，高層框架在縱橫兩個(gè)方向都承受很大的水平力，框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能為建筑提供靈活的使用空間，但抗震性能差。
2、混合結(jié)構(gòu)，又叫磚混結(jié)構(gòu)，混合結(jié)構(gòu)是指承重的主要構(gòu)件是用鋼筋混凝土和磚木建造的。雖然也用鋼筋澆柱、梁，但墻體具是承重功能，不能亂拆，所以布局不能變。混合結(jié)構(gòu)質(zhì)量較框架略差，但壽命長。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
[關(guān)鍵詞]七度地震區(qū) 框架結(jié)構(gòu) 抗震設(shè)計(jì)
[中圖分類號] TU973+.31 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-4-328-1
我國是一個(gè)地震多發(fā)的國家，而地震災(zāi)害所帶來的損失給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了非常大的影響。地震區(qū)的框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為當(dāng)前減輕地震災(zāi)害最為有效的措施，在我國地震區(qū)的建設(shè)中具有非常廣泛的應(yīng)用。而當(dāng)前我國框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對抗震設(shè)防的理念不是很清晰，設(shè)計(jì)的規(guī)范也不夠嚴(yán)格，導(dǎo)致了地震區(qū)抗震建筑安全隱患的存在。因此，筆者認(rèn)為，在當(dāng)前背景下，對“七度地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探析”這一課題進(jìn)行相關(guān)的探討具有非常重要的意義。
1項(xiàng)目概況
本研究工程屬于某小區(qū)的居民樓，該小區(qū)所處的位置是七度抗震區(qū)，抗震設(shè)防的類別屬于乙類，其建筑的總層數(shù)為7層，建筑物的長度為53.01m，寬度為16.15m，其建筑的總面積為3856.53m2，占地的總面積為723.12m2，該結(jié)構(gòu)的類型主要是現(xiàn)澆鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限為50年，該設(shè)計(jì)的基本地震的加速度是0.05g，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級是二級[1]。
2七度地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)及震害特點(diǎn)
2.1框架結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)
框架結(jié)構(gòu)體系的主要組成構(gòu)件有柱、梁，能夠承受水平載荷和豎向載荷的一種承重結(jié)構(gòu)的體系[2]。在進(jìn)行該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，通過合理的抗震設(shè)計(jì)措施的采取可以有效發(fā)揮結(jié)構(gòu)的良好的延性性能，因此，可以有效耗散地震對結(jié)構(gòu)的輸入能量。框架結(jié)構(gòu)體系的主要特點(diǎn)就是自身的重量比較輕、平面的布置比較靈活。
2.2框架結(jié)構(gòu)震害特點(diǎn)
框架結(jié)構(gòu)不合理所造成的震害特點(diǎn)主要表現(xiàn)為：柱端形成彎剪破壞，上下柱端會(huì)形成水平裂縫或者斜裂縫，有時(shí)候也會(huì)有交叉裂縫的形成，混凝土的局部會(huì)出現(xiàn)壓碎，梁端會(huì)形成塑性鉸；框架柱的震害比框架梁重，短柱的災(zāi)害比一般柱重，柱上端的災(zāi)害比下端的重，角柱的災(zāi)害比內(nèi)柱重；框架梁的震害主要在梁端上發(fā)生，梁端縱向鋼筋的屈服會(huì)導(dǎo)致交叉裂縫和垂直裂縫的出現(xiàn)；節(jié)點(diǎn)處構(gòu)造措施的不合理以及節(jié)點(diǎn)搭接的不合理容易引發(fā)框架結(jié)構(gòu)的破壞；柱身的剪切破壞會(huì)導(dǎo)致柱身出現(xiàn)交叉斜裂縫的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致箍筋彎曲崩斷[3]。
3地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念
（1）嚴(yán)格要求主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該要對抗震構(gòu)造的措施進(jìn)行嚴(yán)格的考慮，以選擇最為合理的承重方案，同時(shí)要求上下墻以及縱橫墻的對齊，要按照合理的要求布置樓梯、構(gòu)造柱、圈梁、窗間墻、墻角等，并對構(gòu)造柱的澆灌、墻體的砌筑進(jìn)行嚴(yán)格的要求。另外，如果框架結(jié)構(gòu)的墻體出現(xiàn)削弱，應(yīng)該要進(jìn)行及時(shí)的驗(yàn)算，并給與相應(yīng)的加強(qiáng)措施[4]。
（2）保證建筑平面以及立面布置的對稱、保證結(jié)構(gòu)剛度、規(guī)則以及質(zhì)量的均勻。框架結(jié)構(gòu)平面、立面布置的對稱能有效提高建筑物的抗震性能，不規(guī)則的建筑立面容易導(dǎo)致建筑物應(yīng)力變形的集中和局部振動(dòng)過大，而不規(guī)則的建筑平面容易導(dǎo)致空間振動(dòng)、局部振動(dòng)以及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的出現(xiàn)，因此，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，要規(guī)則布置抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置，保證豎向抗側(cè)力呈現(xiàn)出材料強(qiáng)度與截面尺寸自下而上逐漸減少的均勻變化趨勢。
4地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
4.1重視“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱錨固”的原則
“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱錨固”的設(shè)計(jì)原則可以有效保證建筑物的延性。具體的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是：要求構(gòu)件受剪的承載力比其彎曲時(shí)的實(shí)際剪力更大；要對框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)截面的抗震能力進(jìn)行驗(yàn)算，以保證縱向鋼筋有足夠的錨固長度；要保證柱端實(shí)際的受彎的承載力大于梁端實(shí)際受彎的承載力。
4.2嚴(yán)格要求軸壓比、保證安全儲(chǔ)備
對框架結(jié)構(gòu)的軸壓比進(jìn)行嚴(yán)格限制的目的是對框架結(jié)構(gòu)的延性進(jìn)行控制，一般來說，軸壓比越大，柱的延性也會(huì)越差，就越容易發(fā)生混凝土柱的脆性受壓破壞。而七度地震區(qū)所處的結(jié)構(gòu)是屬于三級結(jié)構(gòu)，根據(jù)我國相關(guān)的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，三級結(jié)構(gòu)的軸壓比應(yīng)該要在0.85以內(nèi)，因此，對軸壓比進(jìn)行嚴(yán)格的限制可以有效增加建筑物的安全儲(chǔ)備，同時(shí)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素的考慮，一般將建筑物的軸壓比設(shè)置在0.80-0.85之間，本工程的軸壓比就是屬于這個(gè)范圍之內(nèi)[5]。
4.3合理設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施
為了提高建筑物的抗震性能，可以采取以下構(gòu)造措施：
（1）保證柱的截面的高度和寬度在300mm以內(nèi)，保證圓柱的直徑在350mm以內(nèi)，保證剪跨比在2以內(nèi)，保證截面的長邊和短邊的比值在3以內(nèi)；
（2）保證梁截面的尺寸在200mm以內(nèi)，保證梁截面的高寬比在4以內(nèi)，保證凈跨和截面的高的比值在4以內(nèi)；
（3）柱縱向鋼筋的配置應(yīng)該要滿足最小的總配筋的要求，應(yīng)該要對柱箍筋進(jìn)行加密，以提高柱的變形能力和抗壓能力。
（4）框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的箍筋的最小直徑和最大的間距應(yīng)該要根據(jù)柱箍筋加密的相關(guān)要求進(jìn)行采用。
5結(jié)語
綜上所述，地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)對地震災(zāi)害的損失的預(yù)防具有非常關(guān)鍵的意義。而七度地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念是嚴(yán)格要求主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，保證建筑平面以及立面布置的對稱、保證結(jié)構(gòu)剛度、規(guī)則以及質(zhì)量的均勻，其設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是重視“強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱錨固”的原則，嚴(yán)格要求軸壓比、保證安全儲(chǔ)備，合理設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施。筆者認(rèn)為，只要相關(guān)的工作人員切實(shí)做好以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)，就一定能完善我國七度地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，進(jìn)而有效減少地震對我國的損害。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：異形柱框架結(jié)構(gòu)；矩形柱框架結(jié)構(gòu)；SATWE；節(jié)點(diǎn)域
1、前言
隨著人們對房屋平面與空間布置的要求越來越高，從而對建筑設(shè)計(jì)布局有了新的要求。普通框架結(jié)構(gòu)的露梁露柱對建筑平面與空間的分隔己越來越不能被房屋使用者所接受，因?yàn)樗苯佑绊懙绞覂?nèi)家具的布置及空間的使用。建筑師要求結(jié)構(gòu)工程師配合解決這個(gè)問題，因而在框架結(jié)構(gòu)中以異形截面柱代替矩形柱。
在此，筆者擬與廣大設(shè)計(jì)人員共同探討一下混凝土異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
2、異形柱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.1異形柱及異形柱結(jié)構(gòu)的定義
2.1.1《混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ149-2006）對異形柱的定義是：截面幾何形狀為L形、T形和十字形，且截面各肢的肢高肢厚比（柱肢截面高度與厚度的比值）不大于4的柱。L形截面柱多用于墻的轉(zhuǎn)角部位，T形和十字形截面柱多用于縱橫墻交接處。
2.1.2所謂異形柱框架結(jié)構(gòu)即是由異形（T型、L型、十字型）柱組成框架，由輕質(zhì)填充墻所形成的結(jié)構(gòu)。根據(jù)建筑布置及結(jié)構(gòu)受力的需要，異形柱結(jié)構(gòu)中的框架柱，可全部采用異形柱，也可部分采用一般框架柱。建設(shè)部在1996年的文件中，對其特點(diǎn)做了如下闡述：
1）由T形邊柱、十字形中柱、L形角柱組成的框架：
2）填充墻與柱壁同厚，室內(nèi)不出現(xiàn)柱楞：
3）因墻體減薄與磚混結(jié)構(gòu)相比，可增加使用面積8％～10％；
4）填充墻的墻體材料可根據(jù)當(dāng)?shù)乇馗魺嵋螅虻刂埔耍偷厝〔摹?/p>
2.2異形柱框架結(jié)構(gòu)與矩形柱框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中的差異
1)對于相同烈度和結(jié)構(gòu)類型的兩種體系而言，異形柱結(jié)構(gòu)適用的房屋最大高度有較大幅度的降低。
2)對于相同結(jié)構(gòu)類型的兩種體系而言，異形柱結(jié)構(gòu)彈性層間位移角限值、彈塑性層間位移角限值更加嚴(yán)格一些，異形柱的軸壓比限值也有不同幅度的降低；抗震設(shè)計(jì)時(shí)，扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的異形柱結(jié)構(gòu)，樓層豎向構(gòu)件的最大水平位移和層間位移與該樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的比值不應(yīng)大于1.45；而矩形柱框架結(jié)構(gòu)的該比值為1.50；
2.3異形柱框架結(jié)構(gòu)在SATWE中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
能夠有效地分析帶有混凝土異形柱的結(jié)構(gòu)并進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)，這是SATWE軟件的特點(diǎn)之一。在梁的剛度、荷載、及截面配筋計(jì)算時(shí)，充分考慮了異形柱框架結(jié)構(gòu)的特殊性。由于混凝土異形柱的柱肢較長，梁、柱在節(jié)點(diǎn)處的重疊部分較大，合理的力學(xué)模型簡化應(yīng)將重疊部分作為剛域，自重計(jì)算時(shí)不應(yīng)重復(fù)計(jì)算重疊部分的混凝土重量，SATWE軟件中對梁考慮了這樣的力學(xué)模型簡化：
（1）梁的計(jì)算按扣除剛域后的梁長計(jì)算：
（2）梁上的外荷載按梁兩端節(jié)點(diǎn)間長度計(jì)算；
（3）截面設(shè)計(jì)按扣除剛域后的梁長計(jì)算；
（4）梁端剛域的計(jì)算原則如下：
記梁兩端與柱的重疊部分長分別為Di和Dj，梁長為L（即兩端節(jié)點(diǎn)問的距離），梁高為H，則梁兩端的剛域的長度分別為Dbi＝Ma×（0，Di H/4）
Dbj＝Ma×（0，Dj―H/4）
扣除剛域后的梁長為：LO＝L－（Dbi＋Dbj）
2.4異形柱結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)計(jì)心得
1） 《異規(guī)》第6.1.3條規(guī)定，異形柱結(jié)構(gòu)框架梁截面高度抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)小于400mm.當(dāng)節(jié)點(diǎn)的非彈性變形較大時(shí)，貫穿節(jié)點(diǎn)的柱縱向鋼筋粘結(jié)退化與滑移加劇，甚至出現(xiàn)沿節(jié)點(diǎn)區(qū)柱縱向鋼筋全長粘結(jié)破壞現(xiàn)象發(fā)生。為保證其粘結(jié)應(yīng)力不致過大，避免上述現(xiàn)象出現(xiàn)，規(guī)定梁的高度、即節(jié)點(diǎn)高度不能太小。異形柱結(jié)構(gòu)框架節(jié)點(diǎn)鋼筋粘結(jié)條件可能不如普通框架節(jié)點(diǎn)鋼筋粘結(jié)條件，故務(wù)必遵守此條規(guī)定。
2）《異規(guī)》第6.1.3條規(guī)定，異形柱截面的肢厚不應(yīng)小于200mm，肢高不應(yīng)小于500mm.這是因?yàn)橹褫^小時(shí)，會(huì)造成梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的鋼筋設(shè)置困難及鋼筋與混凝土的粘結(jié)錨固強(qiáng)度不足，故限制肢厚不應(yīng)小于200mm，以保證結(jié)構(gòu)的安全及施工的方便。而限制肢高一方面為了滿足伸入柱內(nèi)的梁縱向鋼筋錨固長度，另一方面是考慮柱雙向正截面承載力要求和雙向受剪性能的要求。
3）《異規(guī)》第6.3.5.1條規(guī)定，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，對二、三級抗震等級，貫穿中柱的梁縱向鋼筋直徑不宜大于該方向柱肢截面高度hc的1/30，當(dāng)混凝土的強(qiáng)度等級為C40及以上時(shí)可取1/25，且縱向鋼筋直徑不應(yīng)大干25mm.矩形柱框架的框架梁縱向鋼筋伸入節(jié)點(diǎn)后，其相對保護(hù)層一般能滿足，而異形柱的c/d大部分僅為2.0左右，根據(jù)變形鋼筋粘結(jié)錨固強(qiáng)度公式分析對比可知，后者的粘結(jié)能力約為前者的0.7.為此，規(guī)定抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁縱向鋼筋直徑不宜大于該方向柱截面高度的1/30.由于粘結(jié)錨固強(qiáng)度隨混凝土強(qiáng)度的提高而提高，當(dāng)采用混凝土強(qiáng)度等級在C40以上時(shí)，可放寬到1/25。
4）《異規(guī)》第6.3.5.4條及表6.3.5給出了異形柱結(jié)構(gòu)框架梁梁端縱向受拉鋼筋最大配筋百分率。這比《抗規(guī)》第6.3.3條規(guī)定的梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于2.5％要嚴(yán)格。這是因?yàn)椋诘卣鹱饔媒M合內(nèi)力作用下，梁支座處縱向鋼筋有可能在節(jié)點(diǎn)一側(cè)受拉，另一側(cè)受壓，對于異形柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)更易引起縱向鋼筋在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的錨固破壞。為保證梁支座截面有足夠的延性，設(shè)計(jì)時(shí)不考慮縱向鋼筋的受壓作用。為此，對二、三級抗震等級的框架梁可根據(jù)單筋梁滿足的條件來確定梁縱向受拉鋼筋最大配筋率。以C30混凝土，HRB335鋼應(yīng)的混凝土強(qiáng)度等級和鋼筋級別得出的。
5）異形柱全部縱向受力鋼筋的配筋率，抗震設(shè)計(jì)時(shí)不應(yīng)大于3％。這是因?yàn)楫愋沃裼邢蓿锌v向受力鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度較差，故將縱向受力鋼筋的總配筋率由對矩形柱不大于5％降為不應(yīng)大于3％，以減少粘結(jié)破壞和節(jié)點(diǎn)處鋼筋設(shè)置的困難。
3、工程算例
3.1工程概況某多層異形柱框架結(jié)構(gòu)，共6層。地震烈度為7度（設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.15g），框架抗震等級為三級。
3.2設(shè)計(jì)心得
3.2.1在設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)時(shí)，最初將混凝土強(qiáng)度等級定為C30，但是計(jì)算得到的異形柱軸壓比超過規(guī)范規(guī)定限制，同時(shí)梁端縱向受拉鋼筋最大配筋百分率超過《異規(guī)》表6.3.5的要求。雖然對樓板而言，采用C30混凝土是可以的，但考慮到梁板柱的施工問題，同時(shí)為滿足異形柱軸壓比以及梁端縱向受拉鋼筋最大配筋百分率的要求，最終將梁板柱的混凝土強(qiáng)度等級全部改為C35。不過考慮到混凝土強(qiáng)度等級較高時(shí)樓板易開裂的問題，在樓板設(shè)計(jì)中采取必要的抗裂措施。
3.2.2此工程中用到了Z形、W形柱，這里介紹一下這兩種柱的處理方法。
（1）Z形柱，是由兩個(gè)L形柱組成的。在PMCAD輸入時(shí)按兩個(gè)L形柱來輸入并進(jìn)行內(nèi)力及配筋計(jì)算。因?yàn)閆形柱受力較大時(shí)易在中間肢劈開，劈開后（極限狀態(tài)）其受力接近于兩個(gè)L形柱，按兩個(gè)L形柱處理較為合理。此時(shí)兩個(gè)L形柱間的梁會(huì)困剛度太大而超筋，因?yàn)閷?shí)際上無此梁，只是有限元計(jì)算時(shí)兩柱問有聯(lián)系必須有此梁，故不必管。
（2）W形柱，計(jì)算及配筋時(shí)是按T形柱考慮的。只是由于建筑布置的要求，此處垂直搭接至T形翼緣上的梁的梁端鋼筋錨固長度，由于翼緣厚度只有200mm，不能滿足要求。故在此處增加一部分混凝土，該部分按構(gòu)造配筋，就是為了解決梁端鋼筋錨固長度的問題。
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)；強(qiáng)震破壞模式；強(qiáng)柱弱梁；仿真模擬
中圖分類號： TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號： 1673-1069（2017）05-46-2
0 引言
長期以來，“強(qiáng)柱弱梁”都是建筑物抗震設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)，能夠直接影響強(qiáng)震作用下的建筑物破壞形式，避免建筑物的完全垮塌。然而，通過對汶川地震的建筑物破壞形式分析，實(shí)際的建筑物鮮有能夠滿足上述要求的，這是多方面因素導(dǎo)致的。在強(qiáng)震作用下，鋼筋混凝土框架的柱體首先遭受破壞，失去支撐力，導(dǎo)致建筑物整體垮塌，造成建筑物內(nèi)部空間的急劇變化，是地震造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡的主要原因。所以，有必要對強(qiáng)震作用下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞模式進(jìn)行分析，選擇合理的破壞模式，將地震造成的破壞降到最低。
1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)震破壞模式分析
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能主要由框架梁和框架柱的力學(xué)性能反映，在強(qiáng)震作用下，柱體先發(fā)生破壞或框架梁先發(fā)生破壞將造成建筑物的不同破壞形式，產(chǎn)生的危害性有極大的差異。
1.1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的總體屈服模式
總體屈服機(jī)制是在“強(qiáng)柱弱梁”結(jié)構(gòu)的建筑物遭受強(qiáng)震作用后的破壞形式，建筑物的框架梁首先發(fā)生塑形形變，吸收相比例的地震能量，導(dǎo)致框架柱體受到的地震影響相對較小，能夠保證柱體的結(jié)構(gòu)完整或低端發(fā)生少量形變，仍然能夠發(fā)揮可靠的支撐力，維持建筑物的空間結(jié)構(gòu)，從而避免建筑物的整體垮塌。這是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，是較為合理的強(qiáng)震破壞形式，能夠有效降低地震造成的影響。
1.2 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的樓層屈服模式
所謂樓層屈服機(jī)制是指柱端的抗彎承載力小于框架梁端的抗彎承載力，一旦地震發(fā)生，框架的柱端首先發(fā)生形變，導(dǎo)致柱體遭受破壞，失去對建筑物整體的承載力，造成樓層垮塌。該種破壞形式使得建筑物的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生徹底改變，人員和財(cái)物等被掩埋于廢墟當(dāng)中，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，而且不利于震后搜救，是建筑物應(yīng)該竭力避免的。然而，現(xiàn)在的許多建筑物都呈現(xiàn)“強(qiáng)梁弱柱”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一旦遭遇強(qiáng)震，框架柱體將首先失去承載能力，導(dǎo)致樓層垮塌，危害極為嚴(yán)重。
2 借助LS-DYNA軟件仿真模擬鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下的破壞形式
2.1 LS-DYNA軟件概述
LS-DYNA軟件是基于中心差分法的顯式積分算法，借助先進(jìn)的信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用的破壞形式模式，分析地震作用下的建筑物的變形、破壞到坍塌的全過程，研究導(dǎo)致建筑物破壞的主要影響因素。
2.2 仿真模型的建立及相關(guān)參數(shù)選擇
本次仿真模擬選擇的建筑物為5層的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑，建筑物單層呈現(xiàn)長方體結(jié)構(gòu)，x方向的柱體間距離設(shè)定為7.2m，y方向的柱體間距離設(shè)定為6m，層高3.6m；框架柱尺寸為500×500（mm）；主梁300×700（mm），次梁250×600（mm）；樓板為現(xiàn)澆樓板，層厚100mm，外墻選擇為填充墻。
在地震波的選擇方面，為節(jié)省運(yùn)算時(shí)間，選擇加速度峰值較大的汶川地震部分波形作為地震波的主要形式，輸入到仿真軟件中，地震持續(xù)時(shí)間設(shè)定為10s。
2.3 仿真模擬結(jié)果
根據(jù)仿真模擬，構(gòu)件在0.6s前基本處于彈性工作狀態(tài)；1s時(shí)，由于地震動(dòng)突然增大，底層框架柱底端開裂，形成局部破壞；1.3s時(shí)，底層柱頂端產(chǎn)生裂縫，并逐漸貫通，底層柱子退出工作；1.5s時(shí)，二層梁端產(chǎn)生裂縫，一層頂塑性鉸形成；1.6s時(shí)，二層梁板失去支撐，開始塌落；1.9s時(shí)，二層柱頂產(chǎn)生貫通裂縫；2.3s時(shí)，二層樓板接觸地面，碰撞碎裂；隨后，上面各層梁柱也陸續(xù)出現(xiàn)端部開裂破壞；最后，結(jié)構(gòu)整體倒塌。
3 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)震破壞形式的主要影響因素分析
3.1 框架梁剛度放大系數(shù)
當(dāng)前的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的建筑物大多采用現(xiàn)澆樓板，其對框架梁的力學(xué)效果有顯著的增強(qiáng)作用，導(dǎo)致建筑的框架梁的實(shí)際強(qiáng)度要大于梁體本身的力學(xué)強(qiáng)度，而且該種增強(qiáng)效果呈現(xiàn)不均一性，隨著梁置的變化而改變。針對此問題，相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范采取經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的方式進(jìn)行換算，即將中梁和邊梁的剛度按照原框架梁剛度的2.0和1.5進(jìn)行處理。該種處理方式僅考慮垂向上的樓板增強(qiáng)作用，對于框架梁的抗彎承載力的影響并未考慮，導(dǎo)致鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)框架梁的實(shí)際剛度大于設(shè)計(jì)值，影響“強(qiáng)柱弱梁”結(jié)構(gòu)的形成。
3.2 柱梁抗彎承載力比
在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，柱梁抗彎承載力比值一般選擇為1.1-17.之間，從理論上看，該比值能夠滿足“強(qiáng)柱弱梁”的結(jié)構(gòu)要求，但是，通過對建筑物在地震中的實(shí)際破壞形式分析來看，該比值并不能確保鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)能夠形成總體屈服機(jī)制，其受到震級的影響較大。具體來說，當(dāng)震級在6級以下時(shí)，框架結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性較強(qiáng)，受到的地震破壞較為輕微，能夠維持建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；當(dāng)震級在9度及以上時(shí)，建筑物受到的力學(xué)作用較為強(qiáng)烈，設(shè)計(jì)中承載力的比例選擇較大，因而能夠發(fā)揮“強(qiáng)柱弱梁”的結(jié)構(gòu)特性，產(chǎn)生總體屈服。但是，當(dāng)震級在6-9級之間時(shí)，比值選取較低，導(dǎo)致柱體的力學(xué)破壞較為嚴(yán)重，難以形成總體屈服。
3.3 框架結(jié)構(gòu)柱體的軸壓比
一般情況下，建筑物的柱體應(yīng)該具備足夠的力學(xué)強(qiáng)度，能夠較好的抵御地震作用。然而，實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，出于美觀和降低成本的考慮，多數(shù)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的柱體截面偏小，導(dǎo)致柱體的軸壓比處于較高水平，一旦發(fā)生地震，柱體將無法抵御更大的軸力，極易造成柱體破壞，造成建筑物的垮塌。
3.4 填充墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)對框架柱體的影響
圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要是指建筑物的外墻、門窗等，是構(gòu)成建筑物封閉空間的重要構(gòu)件。在建筑物設(shè)計(jì)中，對此類圍護(hù)結(jié)構(gòu)僅僅考慮其對框架結(jié)構(gòu)的重力影響，未考慮填充墻等圍護(hù)結(jié)構(gòu)對柱體造成的剪切影響，影響柱體力學(xué)作用的發(fā)揮，成為地震中柱體破壞的重要原因之一。
4 控制鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)震破壞模式的具體措施
4.1 構(gòu)建梁柱鉸混合破壞機(jī)制
通過對地震作用下的建筑物破壞實(shí)例分析，參考鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的地震破壞仿真模擬數(shù)據(jù)，在進(jìn)行建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，單純考慮“強(qiáng)柱弱梁”是不可取的，應(yīng)該從框架結(jié)構(gòu)的整體較大考慮，分析梁柱鉸混合破壞的產(chǎn)生機(jī)制，使得建筑物在強(qiáng)震來臨時(shí)能夠形成該種破壞方式，保證建筑物的“大震不倒”，將強(qiáng)震造成的損失降到最低。
4.2 多指標(biāo)綜合評價(jià)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)
進(jìn)行建筑物的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不能單單考慮單個(gè)或有限幾個(gè)指標(biāo)，而是應(yīng)該將影響建筑物抗震性能的指標(biāo)全部納入考慮范圍中，除了將指標(biāo)作為單一變量考慮對建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響以外，還應(yīng)該考慮指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性，確保抗震設(shè)計(jì)能夠滿足建筑物“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則，有效抵御強(qiáng)震的沖擊，達(dá)到“大震不倒”的目的，最大限制地維持建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
4.3 積極應(yīng)用BIM等仿真軟件提升抗震設(shè)計(jì)的可行性
進(jìn)入21世紀(jì)，信息技術(shù)成為社會(huì)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力量。在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，借助信息技術(shù)形成的BIM能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)計(jì)的仿真模擬，分析設(shè)計(jì)的可行性及施工、使用等后續(xù)環(huán)節(jié)中存在的問題，為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供參考，提升了設(shè)計(jì)的可行性。將其應(yīng)用于抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)化中，能夠消除各類不確定因素對建筑結(jié)構(gòu)的影響，形成最佳的“強(qiáng)柱弱梁”結(jié)構(gòu)。
5 結(jié)束語
總體而言，強(qiáng)震作用下，建筑物產(chǎn)生破壞是必然的，進(jìn)行建筑物抗震設(shè)計(jì)的目的在于選擇合理的建筑物結(jié)構(gòu)破壞形式，將地震造成的影響降到最低，盡可能地維持建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保護(hù)建筑物內(nèi)部的人員和設(shè)施安全。其設(shè)計(jì)應(yīng)該從參數(shù)選擇和仿真模擬等方法出發(fā)，探索合適的設(shè)計(jì)方案，滿足建筑物的抗震設(shè)計(jì)需要。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 李英民，_文文，韓軍.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)震破壞模式的控制[J].土木工程學(xué)報(bào)，2013（5）：85-92.
[2] 楊黎薇，邱志剛，崔建文，等.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)震連續(xù)倒塌破壞分析[J].世界地震工程，2015（4）：188-192.
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關(guān)鍵詞：異形柱框架結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；結(jié)構(gòu)建模；結(jié)構(gòu)計(jì)算；結(jié)果分析；結(jié)構(gòu)配筋
近年來，隨著人們對住宅空間的靈活性和方便性要求的提高，避免框架柱在室內(nèi)凸出，少占建筑空間，異形柱結(jié)構(gòu)大量用于別墅和普通住宅。異形柱結(jié)構(gòu)是以T形、L形、十字形的異性截面柱代替一般框架柱作為豎向支撐構(gòu)件而構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，且柱截面各肢的肢高肢厚比不大于4。由于異形柱與矩形柱二者在截面特性、內(nèi)力和變形特性、抗震性能等方面的顯著差異，導(dǎo)致在異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在一些不容忽視的問題。本文將對異形柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討。
1 結(jié)構(gòu)建模
1.1 房屋適用高度：對混凝土異形柱結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟(jì)合理等方面綜合考慮，其適用的房屋最大高度降低較多，主要用于多層結(jié)構(gòu)中。異形柱框架結(jié)構(gòu)適用的房屋最大高度約為普通框架結(jié)構(gòu)的0.3～0.4。結(jié)構(gòu)頂層采用坡屋頂時(shí)，當(dāng)檐口標(biāo)高附近不設(shè)樓板時(shí)，總高度可算至檐口標(biāo)高處；當(dāng)檐口標(biāo)高附近有樓板，即帶閣樓的坡屋頂時(shí)，可算至坡高的1/2處。
1.2 高寬比：高寬比是對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制。異形柱框架結(jié)構(gòu)最大高寬比比JGJ 3-2010限制有所加嚴(yán)。
1.3 異形柱結(jié)構(gòu)不應(yīng)采用部分由砌體墻承重的混合結(jié)構(gòu)形式，抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不應(yīng)采用多塔、連體和錯(cuò)層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式及單跨框架結(jié)構(gòu)。異形柱結(jié)構(gòu)的樓梯間、電梯井應(yīng)根據(jù)建筑布置及結(jié)構(gòu)抗側(cè)向作用的需要，合理的布置一般框架柱或剪力墻。由于異形柱肢厚較小，為保證異形柱結(jié)構(gòu)的整體安全，梁柱墻應(yīng)采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。
1.4 一般情況下，7度（0.15g）及8度（0.20g）時(shí)應(yīng)對于主軸成45°方向進(jìn)行補(bǔ)充驗(yàn)算，對于有較多不等肢異形柱情形，適當(dāng)補(bǔ)充其他角度方向的水平地震作用計(jì)算。同時(shí)，著重注意結(jié)構(gòu)底部、角部、負(fù)荷較大及結(jié)構(gòu)平面變化部位的異形柱在水平地震作用不同方向情形的內(nèi)力變化，從中選出最不利數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。
1.5 對于層間受剪承載力突變的薄弱層，JGJ 149-2006規(guī)定地震剪力乘以1.20的增大系數(shù)，較現(xiàn)行GB 50011-2010的1.15有所加嚴(yán)。
2 結(jié)構(gòu)計(jì)算
2.1 異形柱雙向偏心受壓正截面承載力計(jì)算，應(yīng)考慮側(cè)移和構(gòu)件撓曲引起的附加內(nèi)力，按采用對初始偏心距乘以增大系數(shù)的方法考慮。現(xiàn)行GB 50010-2010除排架結(jié)構(gòu)外，對偏心受壓構(gòu)件二階效應(yīng)計(jì)算已不再采用η-l0法，在進(jìn)行截面設(shè)計(jì)時(shí)，其內(nèi)力已經(jīng)考慮了二階效應(yīng)。
2.2 由于異形柱中存在軸壓力，即使在采取必要的抗震構(gòu)造措施后，其延性仍比框架梁偏小；加之框架柱是結(jié)構(gòu)中的重要豎向承重構(gòu)件，對防止結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的整體或局部倒塌起關(guān)鍵作用，故在抗震設(shè)計(jì)中采用“強(qiáng)柱弱梁”措施，人為增大柱截面的抗彎能力，以較小柱端形成塑性鉸的可能。
在總結(jié)2008年汶川地震震害經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，GB 50010-2010對柱抗彎能力增強(qiáng)措施作相應(yīng)加強(qiáng)，即節(jié)點(diǎn)上、下柱端的截面內(nèi)力設(shè)計(jì)值增強(qiáng)系數(shù)二、三、四級抗震等級分別取1.5、1.3、1.2。而JGJ 149-2006對該系數(shù)分別為1.3、1.1、1.0，故在異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建議參照GB 50010-2010對異形柱抗彎能力進(jìn)行增強(qiáng)。
2.3 對于框架柱需通過設(shè)計(jì)措施防止其在達(dá)到罕遇地震對應(yīng)的變形狀態(tài)之前過早出現(xiàn)非延性的剪切破壞，即“強(qiáng)剪弱彎”措施。GB 50010-2010對柱抗剪能力增強(qiáng)措施作相應(yīng)加強(qiáng)，即斜截面剪力設(shè)計(jì)值增強(qiáng)系數(shù)二、三、四級抗震等級分別取1.3、1.2、1.1。而JGJ 149-2006對該系數(shù)分別為1.2、1.1、1.0，故在異形柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中建議參照GB 50010-2010對異形柱抗剪能力進(jìn)行增強(qiáng)。
2.4 節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力計(jì)算：試驗(yàn)研究表明，異形柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受剪承載力低于截面面積相同的矩形柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)的受剪承載力，是異形柱框架的薄弱環(huán)節(jié)。對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)行受剪承載力計(jì)算的同時(shí)可采取梁端增設(shè)支托或水平加腋等構(gòu)造措施，提高或改善梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受剪性能。
3 結(jié)果分析
3.1 位移比：為了限制結(jié)構(gòu)平面布置的不規(guī)則性，避免過大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，JGJ 149-2006控制扭轉(zhuǎn)位移比不應(yīng)大于1.45，比現(xiàn)行GB 50011-2010的1.5更為嚴(yán)格。
3.2 軸壓比：抗震設(shè)計(jì)中，限值異形柱的軸壓比主要是為了保證柱的延性要求。軸壓比大可能形成小偏壓構(gòu)件，受壓區(qū)高度較少，延性減少。對于L形、T形及十字形截面雙向壓彎柱，截面曲率延性比與彎矩作用方向角有關(guān)，故不同的截面其軸壓比限值約比矩形柱低0.1～0.25。若不等肢異形柱肢長變化幅度是500～800mm，則其軸壓比限值仍可按等肢情況采用。
4 結(jié)構(gòu)配筋
4.1 當(dāng)框架梁的截面寬度與異形柱柱肢截面厚度相等或梁截面寬度每側(cè)凸出柱邊小于50mm時(shí)，在梁四角上的縱向受力鋼筋應(yīng)在離柱邊不小于800mm且滿足坡度不大于1/25的條件下，向柱縱向鋼筋內(nèi)側(cè)彎折錨入節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，并設(shè)置附加箍筋和表面防裂鋼筋。當(dāng)梁截面寬度的任一側(cè)凸出柱邊大于50mm時(shí)，該側(cè)梁角部的縱向受力鋼筋可在柱肢縱向受力鋼筋外側(cè)錨入節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，但凸出柱邊尺寸不應(yīng)大于75mm，同時(shí)向內(nèi)錨入鋼筋不應(yīng)小于70%。
4.2 由于異形柱的肢厚較薄，為提高異形柱的延性，二、三、四級抗震等級的箍筋最大間距比一般框架結(jié)構(gòu)更加嚴(yán)格。
5 結(jié)語
相對一般框架結(jié)構(gòu)，異形柱框架結(jié)構(gòu)抗震性能較差，但由于其符合室內(nèi)布置要求，受到房地產(chǎn)開發(fā)商和廣大住戶的歡迎。通過對異形柱框架結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)的理解，正確把握異形柱框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，嚴(yán)格按照J(rèn)GJ 149-2006及相關(guān)規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)，是能夠滿足其安全適用、經(jīng)濟(jì)合理要求的。
參考文獻(xiàn)
[1] 混凝土異形柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 JGJ 149-2006. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.
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關(guān)鍵詞：歐洲規(guī)范；鋼筋混凝土；框架結(jié)構(gòu)；抗震性能
Abstract: according to wenchuan earthquake damage scene investigation records and European seismic code of seismic provisions related, discusses the cause of reinforced concrete frame structure, the causes of the earthquake damage to frame structure of the earthquake damage are analyzed, especially introduced the earthquake in the frame structure of the fill walls of performance, analyzed its failure mechanism, and in this foundation for the building of the seismic design are proposed.
Keywords: European standard; Reinforced concrete; Frame structure; Seismic performance
中圖分類號：TU352.1-2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：
1引言
2008年5月12日14時(shí)28分，在四川省汶川縣映秀鎮(zhèn)附近發(fā)生8.0級的地震。此次地震倒塌較多的是磚混結(jié)構(gòu)、底層框架上部磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的建筑，震害統(tǒng)計(jì)資料如表1所示[1]。
從各地震害看，經(jīng)過抗震設(shè)計(jì)的房屋基本上經(jīng)受住地震考驗(yàn)。在倒塌和嚴(yán)重破壞的結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)一直被認(rèn)為是抗震性能較好的一種，因此其破壞倒塌的原因受到格外關(guān)注。本文通過框架結(jié)構(gòu)震害介紹，探討其倒塌和破壞的原因及解決辦法, 詳細(xì)介紹了地震中填充墻框架結(jié)構(gòu)的各種表現(xiàn)，分析其破壞機(jī)理，在此基礎(chǔ)上為該類建筑物的抗震設(shè)計(jì)提出建議。
表1.建筑震害情況統(tǒng)計(jì)(按結(jié)構(gòu)形式分類)
可以使用 加固后可以使用 停止使用 立刻拆除
砌體結(jié)構(gòu) 42(21%） 74(37%） 33(16%） 52(26%）
砌體-框架結(jié)構(gòu) 20(488%） 9(21%） 4(10%） 9(21%）
框架結(jié)構(gòu) 66(54%） 40(32%） 8(7%） 9(7%）
框架-剪力墻結(jié)構(gòu) 5(71%） 2(29%） 0(0%） 0(0%）
鋼結(jié)構(gòu) 4(57%） 3(43%） 0(0%） 0(0%）
2框架結(jié)構(gòu)震害淺析
2.1框架結(jié)構(gòu)薄弱層的破壞
（1）強(qiáng)梁弱柱造成。在倒塌的框架中有很多是框架柱的截面小，而梁的截面較大。另外，梁實(shí)配鋼筋較多，鋼筋直徑也大；相比而言，柱實(shí)配鋼筋要少得多，這就是在構(gòu)件截面上造成的“強(qiáng)梁弱柱”。配筋設(shè)計(jì)中，跨度越大，梁配筋越多，而框架柱的配筋主要受地震控制，中低設(shè)防烈度的框架柱配筋多數(shù)是構(gòu)造配筋或配筋較少。與歐洲規(guī)范EN1998第十一章中6.3.2條要求抗震柱的軸壓比不大于0.65對比[2]，我國抗震規(guī)范規(guī)定的柱軸壓比限值偏高[3] [4]，許多設(shè)計(jì)往往緊扣軸壓比限值，導(dǎo)致框架柱截面偏小。再加上樓板一般與框架梁現(xiàn)澆，兩者共同工作能力強(qiáng)，顯著提高框架梁的抗彎剛度和抗彎承載力。
產(chǎn)生未實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁屈服機(jī)制的原因：a.填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響；b.樓板對框架梁的承載力和剛度增大影響；c.框架梁跨度和荷載過大，使梁截面尺寸增大，梁端抗彎承載力增大；d.梁端超配筋和鋼筋實(shí)際強(qiáng)度超強(qiáng)；e.柱軸壓比限值規(guī)定偏高，柱截面尺寸偏小；f.柱最小配筋率和最小配箍率偏小；g.大震下結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)與結(jié)構(gòu)彈性受力狀態(tài)存在差異；h.梁柱可靠度的差異。
（2）剛度突變造成。產(chǎn)生剛度突變的因素之一是填充墻。在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，填充墻和隔墻只作為荷載參與結(jié)構(gòu)計(jì)算，并且以周期折減系數(shù)的設(shè)定調(diào)整結(jié)構(gòu)的總體剛度。實(shí)際上不同材質(zhì)填充墻或多或少具有一定的剛度和強(qiáng)度，布置密集時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的樓層剛度和強(qiáng)度，而未設(shè)置填充墻的樓層層剛度則相對變小，形成柔弱層。震區(qū)中很多這樣的低層框架，由于底層為商鋪或停車場，填充墻很少；而上部為旅館或住宅，有較密集的填充墻，這樣就形成了上剛下柔的結(jié)構(gòu)，使底層成為柔弱層，導(dǎo)致底層發(fā)生層屈服機(jī)制。
2.2框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的破壞
柱剪切破壞，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)破壞，大多屬于配箍不足，箍筋拉結(jié)或彎鉤等構(gòu)造措施不足等原因造成，與歐洲規(guī)范EN1998對比[2]，我國規(guī)范規(guī)定的最小配箍率可能也需要提高[3] [4]。值得注意的是，在柱的強(qiáng)剪弱彎方面，即使柱端首先發(fā)生彎曲破壞而形成塑性鉸，巨大的軸壓容易使混凝土壓潰而發(fā)生剝離脫落（本次地震豎向振動(dòng)很大），從而嚴(yán)重削弱柱端的抗剪能力，而柱端出現(xiàn)塑性鉸并不會(huì)減小其所受到的地震剪力，因而容易引起剪切破壞。因此，需考慮壓彎破壞對柱端抗剪承載力降低的影響充分保證“強(qiáng)剪弱彎”。
2.3框架結(jié)構(gòu)底層柱頂?shù)钠茐?/p>
框架底層柱頂破壞與薄弱層破壞有類似原因，最大不同在于柱根。當(dāng)?shù)讓又A(chǔ)及地梁有一定埋深、地面有回填土和建筑面層時(shí)，柱根部就不易發(fā)生彎曲破壞，框架柱只出現(xiàn)底層柱頂端破壞。但由于填充墻有一定的剛度和強(qiáng)度，地震時(shí)對柱頂端產(chǎn)生偏心支撐的作用，可能引起框架柱或節(jié)點(diǎn)的剪切破壞。按照規(guī)范要求，填充墻與框架應(yīng)采用柔性連接，但由于設(shè)計(jì)困難，施工難處理，多數(shù)工程沒有這樣做。
2.4框架結(jié)構(gòu)的樓梯破壞
框架結(jié)構(gòu)在樓梯設(shè)計(jì)時(shí)只考慮靜荷載和活荷載的作用，目前使用較多的板式樓梯通常只在梯板下配置受彎鋼筋。但是，樓梯在地震中會(huì)起一定的支撐作用，承受地震產(chǎn)生的拉力和壓力，當(dāng)?shù)卣疠^大、樓梯板配筋不足時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)受拉屈服或拉斷，受壓時(shí)出現(xiàn)壓彎破壞。樓梯梁也會(huì)因樓梯的支撐作用而承擔(dān)更多的地震作用，產(chǎn)生相應(yīng)的破壞。
3填充墻框架結(jié)構(gòu)抗震性能
3.1汶川地震中填充墻框架結(jié)構(gòu)的破壞情況
目前設(shè)計(jì)采用的結(jié)構(gòu)分析方法對于填充墻所作的貢獻(xiàn)通常用剛度增大系數(shù)體現(xiàn),與地震發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的抗震性能有一定差異。地震作用下,填充墻與框架共同工作,一方面墻體受到框架的約束,另一方面框架受到填充墻所提供的支撐作用。由于填充墻早期的剛度大,吸收了較大的地震作用,而其強(qiáng)度相對較低,所以填充墻的震害重于框架梁柱。填充墻的震害大部分是墻面產(chǎn)生單斜裂縫或者是交叉裂縫;在填充墻和框架梁界面上出現(xiàn)水平裂縫的情況也較為普遍；當(dāng)填充墻與框架梁柱缺少連接或連接很弱時(shí),填充墻可能發(fā)生平面外倒塌。由于框架變形屬于剪切型,下部的層間位移大,填充墻的震害規(guī)律一般是上輕下重,空心砌體墻重于實(shí)心砌體墻[5]。
（1）填充墻沿豎向布置不均形成軟弱層。底層作商業(yè)用途或停車場、上部作為住宅的框架結(jié)構(gòu)建筑物的底層遭受了不同程度的破壞。在這些框架結(jié)構(gòu)中廣泛的采用頁巖空心磚和加氣混凝土砌塊作為填充墻,上部因用于住宅而使用了較多的填充墻來分隔空間,底層為了追求商業(yè)空間和停車空間,填充墻或其他抗側(cè)力構(gòu)件布置很少。底層幾乎無填充墻,底層抗側(cè)剛度很低。汶川地震使該棟建筑在縱向方向發(fā)生了30 cm左右的水平側(cè)移,側(cè)移主要集中在底層,其他層基本完好,底層形成軟弱層。
（2）填充墻和框架結(jié)構(gòu)的相互作用所造成的柱破壞。造成框架柱破壞的原因有很多,如地震作用下表現(xiàn)出來的弱柱強(qiáng)梁,由于建筑功能要求而在結(jié)構(gòu)布置時(shí)形成的短柱,由于窗下填充墻形成的短柱等。由于短柱的剛度大于框架結(jié)構(gòu)中的其他非短柱,地震作用下短柱會(huì)吸收更多的地震作用,而相比于同層其他非短柱,短柱的耗能能力相對較低,因此在地震作用下先發(fā)生破壞。加之短柱的破壞具有明顯的脆性性質(zhì),短柱破壞有明顯的壓、彎、剪破壞特征。框架在水平地震作用下發(fā)生側(cè)向變形時(shí),填充墻將對一側(cè)框架柱產(chǎn)生斜向的壓力,即類似于斜壓桿的作用,因而會(huì)加大斜裂縫和梁底之間一段柱所承受的地震剪力,從而導(dǎo)致剪切破壞形態(tài)。而且填充墻也會(huì)將一部分剪力傳遞給柱。這樣就增加了柱破壞的可能性[6] [7]。
（3）填充墻和框架結(jié)構(gòu)的相互作用所造成的梁的破壞。框架梁的破壞主要是由于填充墻對框架梁底部產(chǎn)生向上的壓力從而使框架梁發(fā)生彎剪破壞。
3.2填充墻對框架結(jié)構(gòu)抗震性能的影響
(1)與框架梁共同受力，顯著減小框架梁彎曲變形，增大框架梁的剛度和抗彎承載力。
(2)直接參與整體結(jié)構(gòu)的抗震受力，增加結(jié)構(gòu)層剛度，造成結(jié)構(gòu)層剛度不均勻，使未設(shè)置填充墻的樓層形成薄弱層（通常是底層），導(dǎo)致形成層屈服機(jī)制，無法實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”屈服機(jī)制；或造成平面剛度分布不規(guī)則，引起扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
(3)結(jié)構(gòu)總體剛度增大，基本周期減小約40％至60％，地震力增大。
(4)影響框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，如約束框架柱部分柱段的側(cè)移變形，形成短柱，使得局部抗側(cè)剛度過大，地震剪力增大，進(jìn)而導(dǎo)致短柱剪切破壞，影響整體結(jié)構(gòu)的破壞模式。
3.3填充墻框架結(jié)構(gòu)破壞過程分析
采用離散單元建立單片墻模型，運(yùn)用ANSYS有限元軟件進(jìn)行非線性有限元分析，根據(jù)文獻(xiàn)[8]所選取的單元和材料參數(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸為240 115 53mm的實(shí)心粘土磚，材料參數(shù)如表2所示，以一順一丁砌式建立1250 240 882mm的單片墻，離散單元采用單元類型是ANSYS中的SOLID65模擬磚塊和砂漿，以MKIN-CONCRETE準(zhǔn)則作為砌體的破壞準(zhǔn)則。
表2 磚塊和砂漿的材料參數(shù)
彈性
模量
（Pa） 泊松比 密度
（kg/ ）
單軸抗壓強(qiáng)度（Pa） 單軸抗拉強(qiáng)度（Pa）
磚塊 11E+9 0.15 1837 10E+6 0.813E+6
砂漿 2.2E+9 0.15 1837 5 E+6 0.333E+6
對單片墻在豎向壓力和水平力作用下的力學(xué)特性進(jìn)行分析，模型四周加以約束以模擬框架作用，左側(cè)增設(shè)水平加載鋼板。加載時(shí)第一荷載步設(shè)定一次性將豎向荷載以均布荷載的形式加載在彈性梁頂部，再進(jìn)行水平加載，水平荷載分為多個(gè)荷載步，每荷載步增加100kN，并以均布形式施加于水平加載鋼板側(cè)面，剪壓破壞時(shí)，單片墻開裂圖如圖1所示。
圖1 離散單元單片墻剪壓破壞開裂圖
圖2是湖南大學(xué)進(jìn)行混凝土小型空心砌塊墻體剪壓破壞時(shí)的有限元開裂圖以及實(shí)際試驗(yàn)開裂圖[9]，與圖1相比，開裂縫走向相似，但圖2的空心砌塊壓碎狀況更嚴(yán)重，這是因?yàn)檫M(jìn)行混凝土小型空心砌塊墻體的極限承載力模擬計(jì)算時(shí)，由于設(shè)置了墻內(nèi)鋼筋，承載能力增強(qiáng)，鋼筋屈服時(shí)空心砌塊壓碎程度明顯比本文磚砌體大。
圖2混凝土小型空心砌塊墻體剪壓破壞開裂圖
根據(jù)有限元分析過程，得出填充墻的破壞過程如下：
(1)彈性階段,填充墻和框架均處于彈性狀態(tài)兩者共同作用,填充墻與框架周邊相接觸的地方產(chǎn)生界面裂縫。
(2)隨著側(cè)力的加大,界面裂縫也不斷擴(kuò)展,填充墻和框架對角接觸部分出現(xiàn)局部的破裂現(xiàn)象,墻面未出現(xiàn)貫穿的X型裂縫。此時(shí),框架仍處于彈性工作狀態(tài),這時(shí)填充墻承擔(dān)了大部分的側(cè)向力。
(3)隨著側(cè)力繼續(xù)加大,填充墻的中間部分出現(xiàn)微裂縫并發(fā)展成貫通的斜裂縫,框架柱也出現(xiàn)裂縫并開始擴(kuò)大。此時(shí),填充墻的抗側(cè)能力達(dá)到極限值,整個(gè)結(jié)構(gòu)呈彈塑性狀態(tài)。
(4) 填充墻框架結(jié)構(gòu)達(dá)到承載能力極限狀態(tài)時(shí),框架梁柱形成明顯的塑性鉸,整個(gè)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出明顯的塑性特點(diǎn)。
由填充墻和框架共同作用的原理可以看出,地震過程中,填充墻起到抵抗側(cè)向力的作用主要發(fā)生在前兩個(gè)階段。多數(shù)地震(小震)下,填充墻分擔(dān)了一部分抗側(cè)力;在強(qiáng)震作用下,填充墻也可起到吸收地震能量的作用。但是遇到罕遇地震情況,填充墻即使與框架柱間設(shè)有可靠的連接也會(huì)出現(xiàn)破壞和倒塌。
3.4改善措施
(1)填充墻的布置應(yīng)盡量考慮整體結(jié)構(gòu)豎向剛度分布均勻,避免形成軟弱層；
(2)盡量避免形成窗間墻短柱；
(3)建筑平面上填充墻的布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)剛度分布均勻?qū)ΨQ,盡量使質(zhì)量中心和剛度中心重合,以免結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)；
(4)為了避免小震和中震下,填充墻倒塌,填充墻體和框架柱之間宜采取可靠的連接措施；
(5)對于不同材料的填充墻的剛度和強(qiáng)度貢獻(xiàn)應(yīng)有不同的考慮；
(6)當(dāng)建筑物遭遇相當(dāng)于本地區(qū)設(shè)防烈度或低于本地區(qū)設(shè)防烈度時(shí),應(yīng)避免填充墻發(fā)生破壞,尤其是對于公共建筑。
4框架結(jié)構(gòu)震害的啟示
(1)增加柱的抗震能力，真正實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”。規(guī)范實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”采取的辦法是框架結(jié)構(gòu)的抗震等級調(diào)整設(shè)計(jì)內(nèi)力，再進(jìn)行配筋。但是小震下的彈性設(shè)計(jì)內(nèi)力與大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性內(nèi)力的不一致，造成了即使按調(diào)整后的彈性內(nèi)力進(jìn)行配筋，柱的實(shí)際抗彎承載力也不一定比梁的大，也就無法實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的要求。規(guī)范要求的按梁柱實(shí)配鋼筋驗(yàn)算，其承載力只針對9度區(qū)的一級框架，因此大部分框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)實(shí)際未按這一條執(zhí)行。汶川地震中一些7層以上的框架結(jié)構(gòu)柱截面較大，配筋較多，震害較輕。這說明柱截面和配筋是鋼筋混凝土框架抗倒塌的關(guān)鍵。
(2)重視填充墻產(chǎn)生的剛度突變。填充墻或隔墻在框架抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)得到充分重視。當(dāng)填充墻或隔墻各層布置均勻時(shí)，可不考慮；如果各層布置不均勻，尤其是底層少填充墻或隔墻時(shí)，應(yīng)考慮其設(shè)置對結(jié)構(gòu)抗震的不利影響，避免設(shè)置不合理而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的破壞。
(3)采用抗震新技術(shù)。采用抗震新技術(shù)是框架結(jié)構(gòu)抗倒塌最有效的方法，尤其有助于框架結(jié)構(gòu)抵御超烈度的地震影響。消能減震技術(shù)是在框架中安置消能器，通過消能器消耗地震作用結(jié)構(gòu)的震動(dòng)能量，達(dá)到結(jié)構(gòu)抗倒塌的目的。
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關(guān)鍵詞：套建增層；框架結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)
1.引言
框架結(jié)構(gòu)房屋套建增層，不但可使土地上房屋容積率增大幾倍到十幾倍，達(dá)到有效利用國土資源的目的，而且可使房屋的造型與周圍新建房屋相協(xié)調(diào)，達(dá)到對既有房屋進(jìn)行現(xiàn)代化改造的目的，提升城市現(xiàn)代化的整體水平。
我國雖然開展了一些既有房屋的套建增層實(shí)踐，但系統(tǒng)的理論與試驗(yàn)研究尚需進(jìn)一步深入。例如，東南大學(xué)宋健闡述了外套框架加層設(shè)計(jì)的一些基本要求并給出了外套一支撐框架加層結(jié)構(gòu)、外套框架一剪力墻加層結(jié)構(gòu)、外套框架一舊框架短梁連接加層結(jié)構(gòu)彈性設(shè)計(jì)方法和施工方法。
另外，四川省建筑科學(xué)研究院主持編制了《磚混結(jié)構(gòu)房屋加層技術(shù)規(guī)范》（CECS78：96）。在該規(guī)范中論述了加層的基本原則、直接加層法和外套結(jié)構(gòu)加層法等內(nèi)容。其中外套結(jié)構(gòu)加層法中論述了可采用的幾種結(jié)構(gòu)體系：如可采用在原房屋外套“底層框架一剪力墻，上部各層為磚混結(jié)構(gòu)”、“底層框架一剪力墻，上部各層為框架結(jié)構(gòu)”、“底層及上部各層均為框架結(jié)構(gòu)”等，并對外套結(jié)構(gòu)房屋總高度和總層數(shù)進(jìn)行了限制。但所提限值是根據(jù)全國各地已建成的分離式加層結(jié)構(gòu)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并參考相關(guān)規(guī)范而制定的，沒有可靠的理論依據(jù)。
2.套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計(jì)與施工建議
2.1總則
為了在預(yù)應(yīng)力混凝土框架套建增層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中貫徹國家的技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，做到技術(shù)先進(jìn)，安全適用，經(jīng)濟(jì)合理，確保質(zhì)量，提出本方案。
2.2一般規(guī)定
（1）對既有房屋進(jìn)行套建增層改造必須在充分論證的基礎(chǔ)上進(jìn)行。
（2）對既有房屋進(jìn)行套建增層改造原則上應(yīng)能保證在套建增層施工過程中原房屋的正常使用。
（3）對既有房屋進(jìn)行套建增層改造應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力與施工措施的一體化。
（4）經(jīng)套建增層改造的房屋結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和適用性原則上不低于現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
2.3結(jié)構(gòu)型式
（1）套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架柱仍可采用普通鋼筋混凝土框架柱。
（2）套建增層結(jié)構(gòu)一層頂框架梁采用內(nèi)置鋼析架預(yù)應(yīng)力混凝土組合框架梁，通過在（預(yù)應(yīng)力）鋼桁架下側(cè)掛底模，并以底模為支承設(shè)置側(cè)模，來實(shí)現(xiàn)在澆筑混凝土過程中由（預(yù)應(yīng)力）鋼桁架承擔(dān)梁自重和施工荷載。待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級值的75%以上時(shí)，張拉梁體內(nèi)曲線布置的預(yù)應(yīng)力筋，形成預(yù)應(yīng)力鋼析架一混凝土組合框架梁。
（3）框架節(jié)點(diǎn)仍按普通預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點(diǎn)對待。
（4）套建增層結(jié)構(gòu)一層頂?shù)拇瘟翰捎脙?nèi)置鋼箱――混凝土組合梁，內(nèi)置鋼箱可由二槽鋼對焊而成。通過在鋼箱下側(cè)掛底模，并以底模為支承設(shè)側(cè)模來實(shí)現(xiàn)施工過程中由鋼箱來承擔(dān)次梁自重和施工荷載，在使用階段內(nèi)置鋼箱與其鋼筋混凝土以組合梁的形式開展工作。
（5）板為普通混凝土板，但垂直于次梁內(nèi)置鋼箱焊接槽鋼作主楞，在主楞上布置木方作次楞，在次楞上鋪放板底模，這樣在施工過程中板的荷載直接傳給次梁。
2.4材料選擇
（1）套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋的材料選擇原則上與新建預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋相同。
（2）新增套建增層結(jié)構(gòu)一層頂?shù)膬?nèi)置鋼析架與鋼箱用型鋼及焊縫用焊條應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CB50017一2003）的要求。
2.5柱軸壓比限值與梁板截面尺寸選擇
（1）關(guān)于套建增層框架抗震構(gòu)造等級的劃分原則上與新建房屋用預(yù)應(yīng)力混凝土框架相同，但對于8度抗震設(shè)防區(qū)處于11類、111類場地土的套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，當(dāng)新增套建結(jié)構(gòu)底層結(jié)構(gòu)層高為7.0m、7.5m，上部套建增層層數(shù)為2層時(shí)，其柱的內(nèi)力增大系數(shù)按一級抗震框架柱取用柱的內(nèi)力增大系數(shù)，相應(yīng)的梁、柱及節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造等級也按一級對待。
（2）套建增層混凝土框架柱的軸壓比應(yīng)按照下表選用
表1 套建增層混凝土框架柱軸壓比限值
（3）梁板尺寸選擇與新建房屋結(jié)構(gòu)相同
2.6其它
（1）在設(shè)計(jì)內(nèi)置鋼析架預(yù)應(yīng)力混凝土組合框架梁和內(nèi)置鋼箱混凝土組合梁時(shí)要合理考慮型鋼的兩階段受力。
（2）次梁的內(nèi)置鋼箱通過連接焊板與框架梁應(yīng)有可靠的連接。
（3）框架梁的內(nèi)置鋼析架及次梁的內(nèi)置鋼箱的安裝就位應(yīng)符合《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（CB50205一2001）的要求。
（4）套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架的抗震構(gòu)造等級的劃分應(yīng)符合上述第61條要求。各抗震構(gòu)造等級的套建增層預(yù)應(yīng)力混凝土框架應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ140一2004）的相關(guān)計(jì)算要求和構(gòu)造要求。
3.我國增層工程實(shí)踐案例
原紡織工業(yè)部辦公樓（由三層增至五層）。為解決外套框架上剛下柔問題，在原磚混結(jié)構(gòu)局部橫墻處采用鋼筋混凝土夾板墻加固，夾板墻直通到頂，在上部新增樓層變成鋼筋混凝土剪力墻。原樓梯間也采用夾板墻加固，直通頂層形成筒體。通過該方法將增層與對原結(jié)構(gòu)加固有機(jī)地結(jié)合起來。
陽泉市信托投資公司紅樓加層工程，將四層框架加至十三層。原建筑為4層框架結(jié)構(gòu)房屋，總高度為17.5m，外輪廓尺寸為29m*26.60m，位于陽泉鬧市區(qū)。業(yè)主要求在建設(shè)期間不能影響下部4層商場正常營業(yè)。最終方案為在五層和九層設(shè)承托轉(zhuǎn)換層，每個(gè)轉(zhuǎn)換層分別承擔(dān)上部3層子框架荷載，每側(cè)各設(shè)4個(gè)巨型柱，周邊采用裙梁相連接，形成框筒體系抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)增大屋面梁的剛度，從而形成外套巨型框架內(nèi)部為子框架的結(jié)構(gòu)體系。底層轉(zhuǎn)換層施工時(shí)利用原建筑框架柱和基礎(chǔ)的富余部分承載力，通過簡支在原框架柱上的鋼析架來承托底層轉(zhuǎn)換層及其子框架的自重及施工荷載。第二個(gè)轉(zhuǎn)換層及子框架的自重及施工荷載通過設(shè)置層層支撐傳遞給底層轉(zhuǎn)換層。
北京市建筑設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的北京日報(bào)社綜合業(yè)務(wù)樓接層工程采用了在原四層磚混辦公樓外套建四層的組合框架。原建筑地上四層，地下一層，建筑面積為6150m2。為減輕自重，套建框架結(jié)構(gòu)房屋的主次梁均采用鋼結(jié)構(gòu)。利用原屋面做新增樓層的樓面，以一層主梁托兩層樓蓋。主梁為鋼板組合焊接工字梁，梁高1m。托層梁用I40工字鋼。柱子采用了鋼骨混凝土柱。
鐵道部第四勘測設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的某科研設(shè)計(jì)大樓加層工程采用在原四層磚混結(jié)構(gòu)房屋外套兩層預(yù)應(yīng)力巨型框架，其巨型框架內(nèi)含六層子框架。結(jié)構(gòu)剖面其中考慮了分期分批張拉預(yù)應(yīng)力筋及模擬施工過程對結(jié)構(gòu)計(jì)算的影響，但針對罕遇地震下的結(jié)構(gòu)性能未涉及。
中南建筑設(shè)計(jì)院的曾華卿和許敏嘗試將外套鋼筋混凝土空腹析架用于既有房屋套建增層中，其空腹部分作為樓層，可降低層高，減小工程造價(jià)，但文中對上剛下柔的空腹析架式框架未考慮抗震設(shè)計(jì)。
此外，國內(nèi)其他單位也開展了一定的套建增層工程實(shí)踐，這里就不一一列舉。
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