框架抗震

框架抗震（通用11篇）

框架抗震 篇1

0 引言

地震灾害是世界上发生最多的自然灾害之一,它对人类社会的危害非常严重。2008年5月12日,在我国四川省汶川县,发生了里氏8.0级,震中烈度为11度的大地震,多个省市受灾。据统计,建筑物和基础设施的损失很大,占到了总损失的7成[1]。通过对底部框架—抗震墙房屋震害的调查,给我们的印象是这类房屋经过合理的抗震设计具有较好的抗震性能。这主要是这类房屋的底部一层为钢筋混凝土框架和一定数量的钢筋混凝土抗震墙体系,这种框架—抗震墙体系具有较好的承载能力和变形、耗能能力。底部框架—抗震墙房屋震害可分为三种情况:1)底层墙体、框架柱破坏严重;2)由于底部抗震墙数量较多造成上部砖房破坏严重;3)底部与上部破坏都不严重,即较为均匀的结构。

本文通过结构静力弹塑性分析,研究底层设置不同数量抗震墙对结构薄弱楼层位置和整体结构抗震能力的影响。

1 底部一层框架—抗震墙砖房工程概况

本工程位于都江堰地震灾区,在遭受汶川地震后,结构二层发生了中等破坏,其余几层均无明显破坏。结构为底部一层框架其上四层砖混,外加坡屋顶,底层层高3.9 m,其余四层层高3 m。抗震设防烈度为7度第一组二类场地,房屋抗震重要性类别为丙类,抗震等级为二级,结构及基础安全等级为二级,基础设计等级为丙级。底框部分梁、柱、板混凝土为C30,其余部分为C20。底框部分梁、柱、板主筋保护层厚度分别为:25 mm,30 mm,15 mm,其余部分梁、柱、板主筋保护层厚度分别为:20 mm,30 mm,20 mm。底层隔墙采用240厚页岩非承重空心砖M5混合砂浆砌筑,二、三层采用MU10承重页岩空心砖M10混合砂浆砌筑,四层采用MU10承重页岩空心砖M7.5混合砂浆砌筑,五层及以上部分采用MU10承重页岩空心砖M5混合砂浆砌筑。

2 结构的静力非线性分析

2.1 建模时的简化处理

分析时不考虑基础对上部结构的影响,因此分析时认为底部框架墙柱与基础完全刚接。建模时考虑分网后节点的耦合问题、计算耗时因素,对实际结构做如下简化:1)由于结构为对称结构,选两单元中的一个单元建模;2)楼房的阳台、外挑檐以及悬挑梁均未建模;3)坡屋面层简化为一个与五层相同的标准层;4)所有的楼梯间只留出楼梯间洞口,未对楼梯建模。结构的有限元模型见图1。

2.2 加载模式

模型采用倒三角加载模式,力加在每层楼的楼板部位,对结构施加足够大的力,直到把结构推垮为止。根据数据最后收敛步来推算结构所受最大剪力以及每一步加载力的大小。

倒三角加载模式:${\rm P}{}_i=\frac{w{}_{i}h{}_i{}^k}{{\displaystyle \sum _{m=1}^{n}w}{}_{m}h{}_m{}^k}V{}_b$ (1)

其中,Pi,wi,hi分别为第i层的荷载、重力代表值和距地面高度;Vb为总荷载;参数k的取值与结构基本周期T有关,即:

本结构模态分析得到结构基本周期为0.294 4 s<0.5 s,因此k值取1。

2.3 结构的横向分析

本文对结构横向作了如下分析:1)原结构的横向分析;2)原结构去掉底层横向两边跨跨中的两片抗震墙的横向分析;3)原结构去掉底层横向两边跨跨边的四片抗震墙的横向分析;4)原结构去掉底层所有抗震墙的横向分析。

2.3.1 原结构的横向分析

结构顶部控制点位移与底部剪力在不同加载阶段的荷载—位移关系曲线如图2所示。

在整个加载过程中,结构主要受水平方向的剪力作用,结构构件的变形也是以剪切变形为主,弯曲变形为辅。二层的破坏最严重,一层、三层的次之,四层发生轻微破坏,五、六层基本没有破坏。因此,薄弱层为二层,二层的薄弱部位是门窗洞口处的墙体。当结构加载到4 337 kN时,二层部分构件完全屈服,失去承载能力,结构垮塌,顶层控制点的位移为0.080 7 m。

2.3.2 原结构去掉底层横向边跨跨中的抗震墙的横向分析

结构顶部控制点位移与底部剪力在不同加载阶段的荷载—位移关系曲线如图3所示。

结构临近垮塌时,底层柱、抗震墙开裂,但没有屈服构件;二层的裂缝已经发展充分,部分构件已经屈服;三、四层裂缝相对较少也没有构件屈服;五、六层以上很少有裂缝出现。薄弱层仍为二层,当结构加载到4 992 kN时,二层部分构件完全屈服,失去承载能力,结构垮塌,顶层控制点的位移为0.138 m。

2.3.3 原结构去掉底层横向两边跨跨边的抗震墙的横向分析

结构顶部控制点位移与底部剪力在不同加载阶段的荷载—位移关系曲线如图4所示。

结构临近垮塌时底层柱、抗震墙裂缝发展充分,但没有屈服构件;二层的裂缝已经发展充分,部分构件已经屈服;三、四层裂缝相对较少也没有构件屈服;五、六层以上很少有裂缝出现。薄弱层仍为二层,当结构加载到5 056 kN时,二层部分构件完全屈服,失去承载能力,结构垮塌,顶层控制点的位移为0.143 m。

2.3.4 原结构去掉底层所有抗震墙分析

结构顶部控制点位移与底部剪力在不同加载阶段的荷载—位移关系曲线如图5所示。

结构临近垮塌时底层所有柱裂缝发展充分,部分构件已经屈服;二、三层的裂缝已经发展比较充分,但没有出现屈服构件;四层裂缝相对较少也没有构件屈服;五、六层以上很少有裂缝出现。薄弱层为底层,当结构加载到4 190 kN时,底层部分柱完全屈服,失去承载能力,结构垮塌,顶层控制点的位移为0.146 m。

2.3.5 结构临近垮塌时底层层间位移

从表1可以看出,当原结构去掉底层横向边跨跨中和跨边的抗震墙后,结构临近垮塌时底层层间位移相对原结构有明显的增加,为原结构位移的2倍多,但结构的薄弱层没有发生变化,仍然是第二层;当原结构去掉底层所有抗震墙时,结构临近垮塌时底层位移几乎为原结构的7.5倍,并且此时结构的薄弱层发生了变化,底层最终垮掉。

3 结语

通过作横向对比分析可以看出原结构由于底部抗震墙设置较多,其薄弱楼层在第二层,由于第二层相对很弱,裂缝只有在第二层发展,所以结构整体抗震能力相对较差;去掉底部部分抗震墙后,虽然整个楼的薄弱层仍为第二层,但相对薄弱的程度已经缓解,底层变形增加,整楼的抗剪能力和变形耗能能力增强,抵抗大震能力明显提高。当去掉底部所有抗震墙时,结构薄弱层部位发生了实质性变化,底层成为薄弱层且底层变形明显增大,结构抗震能力下降。因此,底层的抗震墙合理设置及其底层与第二层的抗震承载能力尽量均匀有助于提高这类结构抵抗大地震的能力。

参考文献

[1]林雪麟.汶川特大地震造成多大损失[J].四川统一战线,2009(5):35.

[2]高小旺.七层底层框架抗震墙砖房1/2比例模型抗震试验研究[J].建筑科学,1995(4):18-23.

[3]高小旺.底部两层框架抗震墙砖房1/3比例模型抗震试验研究[J].建筑科学,1994(3):12-18.

[4]王富耻,张朝晖.ANSYS 10.0有限元分析理论与工程应用[M].北京:电子工业出版社,2006:155-178.

[5]吕西林,金国芳,吴晓涵.钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用[M].上海:同济大学出版社,1994:10-18.

框架抗震 篇2

（讨论稿）

晚会分两个现场，第一现场为演播现场，即主现场；第二现场为外景现场，主要任务是在外景进行募捐活动。

可考虑与四川电视台联动，在联系后最终确定。

第一现场主持人：第二现场主持人：

晚会流程：

1、合唱《 》

2、主持人开场白

3、连线前方

4、主持人串场（第二现场介绍）

5、第二现场外景主持介绍情况

6、主持人串场，请出《海南一家亲》剧组

7、《海南一家亲》剧组劝募

8、《海南一家亲》剧组合唱：《我们都是一家人》 配MTV对切

9、现场捐款（上台---捐款----发言----退场,结尾的时候，主持人再次号召大家勇跃募捐。）

10、VCR公益短片

11、主持人串场

12、歌曲1（歌手歌曲待定）

13、主持人介绍领导和慈善机构（列举一些大额捐款单位和个人）

14、主持人现场采访慈善机构及捐款单位代表

15、现场捐款（上台---捐款----发言----退场）

16、主持人串场

17、舞蹈1（待定）

18、主持人串场

19、VCR《牵挂》（暂定名）表现在海南的四川人对家乡的牵挂

20、主持人串场与在海南的四川人代表现场交流（抓住动情点：家里的情况等）

21、第二现场（外景）募捐情况

22、歌曲223、主持人介绍情况

24、VCR：MTV 或公益短片

25、主持人串场

26、领导致词

27、主持人串场

28、连线前方

29、主持人请出其它主持人

30、主持人群体劝募（捐款人陆续上台捐款）

31、主持人请民政负责人公布捐款总数、结束语

钢筋混凝土框架结构抗震设计 篇3

【关键词】钢筋混凝土；框架；抗震性

地震是人类很难预测与预防的自然灾害，而造成地震中伤亡人数巨大的一个重要原因是房屋的抗震性不好。随着建筑行业的发展与科技的进步，高层建筑已经成为了城市的主流建筑，而地震带来的威胁变得尤为突出，地震对人身财产安全造成的危害、后果不堪设想。因此，加强建筑物的抗震设计是我们需要持续努力的方向，尤其是我国城市最多见的钢筋混凝土建筑结构，需要在已有建筑升级改造与新建筑设计上多下功夫。

一、钢筋混凝土房屋的抗震特点

钢筋混凝土高层建筑在力学控制上主要以竖向荷载为主，层数越多，水平荷载对于高层建筑稳定的影响越大。自从我国1976年发生的唐山大地震之后，京津唐地区在对于高层建筑防震设计上引起了足够的重视，并制定与出台了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规定》。至2002年又出台了《高层建筑混凝土结构技术规程》，相对之前的抗震设计要求规范要提高了很多。

钢筋混凝土建筑层建筑的抗震设计特点：一是由于水平荷载的影响要比竖向荷加得快。地震引起的内力随高度按线性比例增加，水平荷载越往上荷载越大。而由它们所引起的结构内力则与高度的平方成正比。二是任何材料在承受压力时，可以利用材料的强度使其变弯，不可能全部发挥材料承受压力的潜力，构件轴心受力比偏心受力或受弯更为合理，并且建筑层数越多，弯剪内力越大，结构的材料性能越难以充分发挥承重潜力。三是当建筑物高度越高，地震荷载对结构起的作用将愈来愈大。除了结构内力将明显加大外，结构侧向位移速度更快。由此可见，建筑抗震特性与高度有直接的关系，在荷载、弯矩、位移等方面都有明显的影响。

二、钢筋混凝土框架结构抗震设计要实现的目标

1.地震给钢筋混凝土框架结构带来的危害

一是侧向位移使建筑结构产生附加内力，尤其是对竖向构件的影响，当侧向位移增大时，偏心加剧，当产生的附加应力值超过一定数值时，将会引起整幢房屋的倒塌破坏。二是使居住的人们感到恐慌与不适。三是使填充墙等其他结构出现裂缝或损坏，使电梯轨道变形、其他电器元件损坏等等，不但增加了危害的复杂性也增加了建筑后期的不稳定性。

2.现行建筑抗震鉴定标准

建筑抗震鉴定标准是随着结构抗震设计理论与实践的发展而变化的，也是随着建筑设计技术与建造工艺的发展而发展的，在人类和地震灾害不断的作斗争的过程中，不断积累经验教训，因而建筑抗震鉴定标准也有些许改变，在做好建筑抗震设计之前，必须要清楚现行建筑抗震鉴定标准，必须按照标准办事。

现有钢筋混凝土建筑物抗震目标，从既安全又经济的抗震原则出发，世界各国的抗震研究工程师先后提出了较为一致的抗震设防的目标。这就是在多遇的小震作用下，建筑物不应发生破坏，在中等地震作用下允许建筑物发生破坏，其破坏程度应在稍加修理或不需要修理就可继续使用，在罕遇的地震作用下，允许结构发生严重破坏，但应确保主体结构的安全，防止倒塌伤人。我国2001年出台的《建筑抗震设计规范》中“小震、中震和大震”是根据地震灾害的危险性，用概率分析的方法给出，进而给出了新建建筑的抗震标准，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，其中中震即设防烈度。在《工业与民用建筑抗震鉴定标准》TJ23-1977规定的房屋抗震标准中规定，“设防烈度地震影响下不倒塌伤人或砸坏重要生产设备，经修理后仍可继续使用”。

3.抗震鉴定的方法

目前对建筑抗震鉴定是运用模糊数学与统计学的方法，对要鉴定的建筑根据建筑结构、工艺、用途、建造过程等赋以一定的数值，评估建筑结构的综合抗震能力。通过现行的建筑设计基本抗震原则和思想，重点着眼于建筑结构的抗震理念与设计，对现有建筑结构的总体布置和关键构造进行宏观判断。借助于“抗震概念设计”的要求，采用“抗震概念鉴定”从多个侧面的综合来衡量现有建筑的整体抗震能力，以提高现有建筑的综合抗震可靠性。抗震性的鉴定一般源于工程师的知识、经验甚至直觉。它不同于仅仅按照规范进行抗震鉴定的方式，而是依靠规范以外的思维、分析或计算手段得到的正确判断进行鉴定。

三、钢筋混凝土结构抗震加固设计

1.抗震加固的基本原则

一是在已有的钢筋混凝土建筑的基础上，重点对于城市生命线工程和易造成次生灾害的工程等。加固主要是加强结构整体性和提高抗变形能力，及加强薄弱环节和危险部位，提高抗震加固效果。二是抗震加固与修复的概念不同。抗震加固是在现有建筑在正常使用下达到抗震设防要求，包括构件受损后抗震能力不足的恢复性加固，构件补强性加固，提高结构抗震能力的局部加固或全面加固及改变使用性质后的加固。三是提高综合抗震能力的优化原则。对建筑进行抗震加固，一般选择提高承载力、提高变形能力或既提高承载力又提高变形能力的方法。因此，抗震加固时，要先搞清房屋存在的缺陷，弄清使结构达到规定设防要求，尽可能清除原结构不规则、不合理、局部薄弱层等不利于抗震的因素，还要结合使用功能，施工方法，对环境影响等要求，选择加固方法。

2.抗震加固设计常用的方法

一是增大截面加固法。针对结构构件，对于梁板的加固，要采用截面加固法，用增大混凝土结构或构筑物构件的截面面积，达到提高其承载力的方法。对于梁柱加固，要采用外包钢加固法，即在钢筋混凝土梁、柱四周包以型钢的一种加固方法。对于提高承载力、刚度和抗裂性及加固后所占空间小的混凝土承重结构，采用外加预应力的钢拉杆或撑杆对结构进行加固的方法。

二是碳纤维加固法，碳纤维材料的抗拉强度高于普通钢筋的 10 倍、弹性模量是钢筋的数倍，因此可利用高性能结构胶将碳纤维织物（布）粘贴于构件表面，从而达到对结构构件的加固补强及改善抗震性能的目的。由于碳纤维对混凝土的约束作用，构件受力性能明显得到改善。碳纤维质轻且薄，加固后对原结构构件截面、荷载增加均不大，不影响原有建筑使用功能，因此极适合于钢筋混凝土结构的加固。

三是针对框架结构增设剪力墙的加固方法。增设剪力墙加固方法较为常见，需要利用新增的剪力墙承担主要的地震力，减小结构的变形，降低框架柱的配筋构造要求。结构及构件加固后，各楼层屈服强度和刚度的增长率大大高于可能的地震剪力和地震反应的增长率。可选用的加固方法有外包钢加固法，外部粘钢加固法和外部粘贴碳纤维加固法。

四是间接加固。第一，房屋隔震加固，即把既有建筑物的特定层作为隔震层。隔震层通常放在基础上，但根据需要也可放在建筑的某一特定层，在该层所有的钢筋混凝土框架柱上增设使竖向刚度增大、水平侧向刚度减小的隔震装置。在地震作用下，通过隔震层的相对位移，达到大幅度降低结构加速度谱值的目的。第二，消能减震，即减震加固结构通过抗震评估确认既有建筑某层的层承载力不满足抗震性能目标水准要求时，通过设置耗能减震装置，达到增大结构阻尼、减小层间位移的目的。

目前，对于地震的地点、时间和大小还无法进行准确的预报，地震的复杂性与破坏机理对建筑的抗震要求还很多，不能通过单一的设计原理来确定建筑是否能有效的抗震，且城市的新旧建筑存在形式也很复杂，如何保证地震时建筑的安全性，还需要不断的研究。

参考文献：

[1]雷光宇，李铁容. 框架填充墙底层薄弱层破坏模式及基本周期取值探讨[J]. 四川建筑. 2011（S1）.

[2]缪志伟，叶列平. 罕遇地震作用下钢筋混凝土框架-剪力墙结构的耗能机制分析[J]. 建筑结构学报. 2013（02）.

框架抗震 篇4

为了使这类房屋的抗震设计满足“小震”不坏, “中震”可修和“大震”不倒的抗震设防目标, 应符合下列基本要求。

1 房屋的平、立面布置应规则、对称2房屋的高度要限制、高宽比要适当

基于总结震害经验等, 《建筑抗震设计规范》GB 50011-2008对这类房屋的总层数给予了较严格的限制, 即6、7度区不宜超过六层, 8度区不宜超过五层, 9度区不宜超过三层, 其总层数相对于该地区多层砖房的总层数均有所减少, 在7、8、9度区减少一层。在6度区减少二层。

3第二层与底层的侧移刚度比要控制

在地震作用下底层框架抗震墙砖房的弹性层间位移反应均匀和减少在强烈地震作用下的弹塑性变形集中, 能够能够提高房屋的整体抗震能力。根据不同设防烈度的地震作用强弱和既安全又经济的抗震设防原则, 底层框架抗震墙砖房

引言

人性化管理, 就是一种在整个企业管理过程中充分注意人性要素, 以充分发掘人的潜能的管理模式。监理项目部作为监理公司委派的驻工地机构, 受建设单位委托对工程施工的质量、进度、投资等进行监督管理, 尤其是安全管理也作为监理工作的一项重要服务内容后, 监理工作者肩负的担子更是重上加重。监理公司一般根据工程规模、性质、复杂程度等要素决定项目监理部资源配置, 特别是人员配置, 工程规模越大, 复杂程度越高, 综合性越强, 配备监理人员越多, 管理难度就越大。项目总监要通过下属的各层监理人员, 来实现对整个工程项目的管理。

人性化管理包括情感管理、心态管理、平等管理、民主化管理、自我管理、文化管理等几个方面。

1 情感管理

情感管理就是项目总监要以真挚的情感, 增强与监理团队成员之间的情感联系和思想沟通, 满足他们的心理需求, 形成和谐融洽的工作氛围的一种人性化管理方式。把情感管理作为项目管理的一项重要内容, 尊重和关爱各级监理人员, 是搞好人力资源开发和管理, 使监理团队成员更好发挥潜能, 服务于项目和监理公司的前提和基础。

第二层与底层的侧移刚度比值在6度时不应大于3.0, 在7度时不应大于2.5, 在8度时不应大于2.0, 在9度时不应大于1.5;且均不应小于1.0。

4 抗震墙的最大间距限值

底层框架抗震墙砖房的抗震墙间距分为底层和上部砖房两部分, 上部砖房备层的横墙间距要求应和多层砖房的要求一样;底层框架抗震墙部分, 由于上面几层的地震作用要通过底层的楼盖传至底层抗震墙, 楼盖产生的水平变形将比一般框架抗震墙房屋分层传递地震作用的楼盖水平变形要大。因此, 在相同变形限制条件下, 底层框架抗震墙砖房底层抗震墙的间距要比框架———抗震墙的间距要小一些。

5 底层钢筋砼抗震墙的高宽比

在实际工程中, 底层框架抗震墙砖房的底层钢筋砼墙的高宽比往往小于1.0, 通常把高宽比小于l的钢筋砼墙称为低矮墙。高宽比小于1.0的低矮钢筋砼墙是以受剪为主, 由剪力引起的斜裂缝控制其受力性能, 其破坏状态为剪切破坏。结合底层框架抗震墙砖房中的底层钢筋砼墙为带边框的钢筋硷低矮墙的特点, 建议带边框开竖

2心态管理

心态即人的心理状态, 心态呈现出多样化、先天性和可改变性三种特征。心态往往通过经历的事情而发生改变, 一个人不可能总是保持良好的心态或者烦恼的心态。正因为这样, 进行心态管理就有了积极的意义。

根据心态可以改变的原理, 重视和加强监理人员的心态管理, 打造团队成员积极向上的心态, 管好人, 用好人, 发挥好人的潜能, 是人性化管理的重要内容。应通过正面的信号让团队成员相信自己, 同时为成员设立学习榜样, 从而增强自我提高、自我价值实现的动力, 保持积极向上的心态, 为实现目标而不懈努力。心态管理的最终目标是让团队成员充分发挥自己的才能努力去完成工作目标, 变被动的“要我去做”为“我要去做”。实现这种转变的最佳方法, 就是对团队成员进行激励。用激励的方式而非命令的方式向团队成员安排工作, 更能使他们体会到自己工作的成就感。

3平等管理

人性化管理最起码的要求, 就是要将心比心, 要有平等意识。一个项目总监如果在团队成员面前缺乏平等意识, 不给予团队成员关怀、理解, 对团队成员不屑一顾, 不让他们参与项目的决策管理, 就缝钢筋砼墙用竖缝分割的墙板高宽比不应小于1.5, 但也不宜大子2.5。

6 底层框架抗震墙砖房的结构体系

6.1 底层框架抗震墙砖房的底层应设置为框架一抗震墙体系

底层框架抗震墙砖房的底层受力比较复杂, 而底层的严重破坏将危及整个房屋的安全, 加上地震倾覆力矩对框架柱产生的附加轴力使得框架柱的变形能力有所降低等因素, 对底层的抗震结构体系的要求应更高一些。

6.2 过渡楼层的抗震能力应适当加强

整体模型试验研究结果表明, 底层框架抗震墙砖房的过渡楼层受力比较复杂, 虽然底层的抗震墙先开裂, 但是一旦第二层砖墙开裂后、其破坏状态要比底层要重得多。因此, 应增强过渡楼层的抗剪和抗弯能力。在设计时可以考虑加强底层框架与上部砖砌体结构接合处楼板的整体刚度, 可将此处楼板做成同厚度的一块大现浇板, 板钢筋通长布置;还应考虑底框竖向结构与上部砖混竖向结构, 在接合处竖向钢筋尽可能上通下行, 在构造上加强过渡楼层的抗剪、抗弯能力。

会影响监理项目部的工作成效。当然, 说总监与团队成员的平等并非“绝对平等”, 重要的是要有平等意识, 要尊重、信任他们, 让他们放手工作。而情感管理、心态管理、民主化管理等管理方法均建立在平等的基础上。

4民主化管理

民主化管理就是让团队成员参与监理部的决策讨论。一个善于民主化管理的总监会调动团队成员参与讨论的积极性, 珍惜每一个听取好意见、好建议的机会。认真听取成员的意见, 不仅会提高成员的士气, 还能集中大家的智慧, 集思广益, 形成更全面更科学的决策。当然在紧急或特殊情况下需要迅速决断时, 项目总监要果断决策, 正确处理民主与集中的关系是项目总监应有的技能。

一个优秀的总监应尽可能对以上多种人性化管理方法熟练运用。人性化管理建立在制度化管理的基础之上, 但它是实现制度化管理目标的有效手段, 最终实现“无为而治”。人性化管理在日本、美国等发达国家的企业获得成功的实践, 从而成为在世界上有广泛影响的管理文化理论, 它正悄然揭开人类企业管理思想和管理文化的新纪元。

摘要：针对底层框架抗震墙砖房抗震设计的基本要求进行了论述。

框架结构抗震塑性屈曲安全性评估 篇5

关键词：框架结构 抗震塑性 安全性评估

随着科技进步，如今的建筑物大多采用框架结构体系，但是要求不仅能满足正常旅工和正常使用下的耐久性要求，还要满足框架结构抗震塑性屈曲安全性要求。这些要求就是结构设计的准则。文章通过分析框架结构体系在水平地震作用下的变形特点，并研究了框架结构体系震塑性屈曲安全性评估方法。

1 地震作用下的框架结构受力变形特点

框架结构体系建筑，它的受力点处于震区。一般根据对重力的垂直荷载控制的设计结构来设计较低的框架结构建筑。建筑物高度越高，长宽比越大，垂直载荷在结构设计上的影响就越重要。其次，作为即将成为一个重要的框架结构设计的控制因素，水平荷载的框架结构建筑的影响也会变得越来越大，甚至可能会起到决定性的作用。地震时，虽然框架结构体系受到的主要破坏时由水平振动引起的，但也不能忽略垂直振动。在设计过程中，我国目前采取的措施是只考虑水平振动的作用。假设下图中那个高度为H的竖向构件是一栋建筑物，那么它在地震中的受力变形特点如图1.1所示。

图中，横向力矩M=I/3qH2，水平荷载顶点侧向位移是：△=11qH4/120EI，竖向荷载产生的轴向力为N=WH，其中W代表结构的单位米质量，EI代表弯曲程度。轴向力与高度成正比是显而易见的，并且随着建筑物高度平方的增加，而弯矩是相应成正比的，而顶点位移是随着高度四次方增加而增加的。显然对于框架结构体系建筑来说，高度越高的建筑，水平振动的破坏程度越大，已经成为了框架结构体系设计的关键点了。当然，在轴力的作用下，框架柱也会产生竖向形变，这也是构成结构总变形的一部分，甚至会是结构出现整体变形的情况。图1.2很好地描述了多高层框架结构体系被水平振动破坏的情形。

2 地震灾害作用的效应分析

在受到地震作用时，框架结构体系由于其结构复杂，其效应分析的难度也变得很大。而一般建筑物的材料都有钢筋混凝土结构，它是由两种性能差别非常大的钢筋和混凝土这两种材料构成的，他们的弹塑性性能变化给研究框架体系在地震时的效应分析加大了难度。各个国家建筑界目前研究条件还不够，只能通过采用弹性理论和方法来进行研究，结果只能大概估计，这种研究成果的可靠性并不是很强，有待加强。

3 框架结构抗震塑性屈曲安全性评估方法研究现状

早在上个世纪九十年代，部分美国学者就提出了抗震屈曲安全性评估方法，这是一种基于性能的框架体系抗震安全性研究方法。为了找到科学的方法来提高框架结构体系的抗震能力，学者研究了结构从弹性变到弹塑性然后到破坏甚至倒塌的过程，研究在小震作用和大震作用时结构的弹塑性变化情况，并进行了分析。

在一般情况下，分析框架结构建筑物的震动响应和破坏现象通过利用动态时程来进行分析方法来是很理想的。但另一方面，这种方法对专业理论水平要求极高，并且数据繁冗，处理过程及其枯燥，而且建筑物结构构成复杂，地震本身随机性强，这种方法在工程中的运用并不十分广泛。

一种基于性能的框架结构体系抗震性能评估方法实用性很强，是一个强有力的工具，并且广为流传，即静态非线性分析方法，也称Pushover方法。目前全世界对这种方法在工程界的应用还处于起步阶段，我国虽然相关规范中有所提及，但是技术相当不成熟，对它的进一步研究尚在进行中，但是某些实用而且著名的结构分析软件都加入了静力非线性分析的功能，比如ETABS、SAP2000以及MIDAS等等。这种方法虽然应用不是很广泛，但是他结果精确又便于操作，以后必将在工程实践中得到广泛应用。

4 框架结构抗震塑性屈曲安全性评估方法-静力非线性分析评估方法

4.1 基本原理 用静态非线性分析方法来分析框架结构体系抗震塑性屈曲安全性的基本思路是通过建立框架结构体系在地震时的负载模型来模拟实际地震力水平作用情况时的真实框架结构体系建筑。具体操作方法是通过持续增加侧向力，是建筑物承受一定的压力而达到某个目标位移值，或者是依据建筑物倒塌来判定。并根据实验得到的数据进行处理，绘出载荷-位移曲线图，并结合已有的弹塑性反应图谱来进行综合理解，研究出框架体系抗震屈曲安全性性能快速评估的方法。总而言之，静态非线性分析的操作原理是是：在理想状况下，实际的框架结构体系相当于一个单自由度体系，要想知道框架体系在地震时的弹塑性反应的整个过程，就必须知道它的地震作用状态下的反应控制指标。这种方法是通过研究模型的弹塑性反应来反推它在地震时的控制指标，达到研究目的。

4.2 具体操作过程 以下三个环节构成了静力非线性分析方法的基本的三个部分：①建立地震水平振动时框架结构体系受力模型，并绘出其荷载-位移图；②再根据框架结构体系的弹塑性反应来反推其受水平地震时的反应控制目标值；③进行安全性评估。

4.2.1 荷载-位移图的绘制流程。①确定框架结构体系计算分析模型；②对框架结构体系模型加竖向荷载(一般是重力荷载)，再加某种水平荷载，让一个或一批构件都进入屈服状态；③对上一步已经屈服的构件，采取一定方法使其刚度矩阵改变，以及在它上面加载水平荷载直至它的形态破坏，形成新结构，如此往复，对其他的构件采取同样的操作方法；直到所有构件被改变和框架结构体系已经被破坏为止。记录这个过程中得到的所有不同荷载的反应数据，反推其弹塑性反应各过程的先后顺序；⑤绘制载荷-位移曲线。

4.2.2 模型的构建及其反推原理。要判断图上某一点是不是目标位移，就要通过上一步实验得出的荷载位移图，并转换处理框架结构体系的承载能力和外力作用来得出。查出规范设计规定的允许变形，将其与目标位移进行比较，就可以评估出框架结构体系建筑的抗震塑性屈曲安全性。这种方法的具体实施方法有目标位移法和承载力谱法两种，但它们的实质都在于用等价的单自由度来替换真实地震时的多自由度反应，来研究其在地震作用下的安全性。

目标位移发的基本过程是在修正有效刚度位移值的时候，要采取静力非线性分析法，并去一定的系数来确定目标位移。这是从美国联邦紧急救援事务署文件FEMA一273中使用过的方法，取框架结构体系顶层的最大位移作为目标位移，并进行下一步的分析。

承载力谱法是通过建立框架结构体系能力谱反应曲线和框架结构体系需求谱曲线，这是美国应用技术协会推荐使用的方法。其中框架结构体系需求曲线是用谱加速度谱位移来表示的，是由地震输入得到的标准加速度反应谱的来的，另外一条结构框架体系能力谱曲线也是用谱加速度-谱位移来表示的，但是是由荷载位移曲线进行推导。当它们处于同一坐标系下的时候，结构抗震性能点或者称为目标位移点就是两条曲线的交点。

4.2.3 对框架结构体系的安全性进行评估。框架结构体系抗震屈曲安全性评估方法有三种：①按时程分析非线性层间的位置变形，结合承载力所对应的恢复力模型，看这种位置变形是否符合设计规定；②查出框架结构体系承载力曲线上对应点的层剪力位移角，与规范规定的允许层间位移角进行比较，看是否符合设计规范；③在同一坐标下重新建立能力谱与需求谱两条曲线，根据规范规定位移允许值和其目标位移值的比较结果来验证其是否在允许变形范围内。

5 结论

本文中框架结构体系在地震作用下的安全性评估方法是不尽完善的。结构抗震是一种空间整体的行为，如今的建筑物都有填充墙，这点在本文中被忽略了。此外，框架结构体系建筑在实际的工程过程或者使用过程中除了受到水平地震的作用，还遭受着多线地震作用，而本文并没有考虑这一点，因此对框架结构体系的全面抗震性能研究还需要进一步加强。

参考文献：

[1]张文明，高大峰.基于性能的框架结构抗震安全评估方法研究 [J].西北地震学报.2007，29(4).

[2]张沛伟.钢筋混凝土框架结构体系抗震可靠性分析方法研究[J].科技信息.2009(7).

[3]傅华风.钢结构基本构件的抗震延性分析[J].中国土木工程学会.2006.

[4]游大江，乔聚甫.巨型框架结构体系超高层钢结构施工技术[J].施工技术.2006，35(12).

框架结构中楼梯抗震设计 篇6

1. 1 楼梯整体破坏

1.1.1 典型震害现象

楼梯间整体塌落, 与主体结构完全分离。

1.1.2 震害分析

在以往的钢筋混凝土框架结构计算中, 通常考虑到梯板的水平刚度可补偿楼梯间“平面开洞”而造成的刚度损失, 模型简化取楼梯间平面无限刚, 荷载作为竖向外荷载加到主体框架结构上, 再对主体结构进行整体抗震计算分析, 对楼梯也仅作竖向荷载下的静力计算。实际上, 在地震作用下, 楼梯实际参与了主体结构的内力分配和变形协调, 梯板具有类似K 型支撑的作用, 由于钢筋混凝土框架结构的抗侧刚度较弱, 楼梯参与工作对框架结构整体影响不容忽略。考虑楼梯参与结构整体受力后, 框架结构的整体工作性能发生了较大变化:结构的抗侧刚度增大, 侧移减小;自振周期减小;振型改变;楼梯间周围构件的内力明显变化。自下而上, 随着楼层的增加, 楼梯受到的轴力逐步减小, 表现为震害情况也逐渐减轻。

1.1.3 抗震设计建议

合理布局, 需考虑楼梯参与作用的不利影响。楼梯在整个建筑中的平面位置, 应尽量居建筑刚度中心对称布置, 不要将单个楼梯放在角部或端部, 尽量考虑整体刚度的均衡;主体结构和楼梯构件均根据计算和分析结果进行设计。

1. 2 楼梯间框架柱破坏

1.2.1 典型震害现象

楼梯间框架柱发生严重的剪切破坏。

1.2.2 震害分析

在框架结构中, 支承楼梯的框架柱由于休息平台的约束可能形成短柱, 以及楼梯参与主体结构工作时, K 型支撑作用使楼梯间吸能放大, 楼梯间框架吸收地震剪力增大。

1.2.3 抗震设计建议

根据规范要求采取各种有效措施提高短柱的延性, 提高框架柱抗剪能力, 改善短柱的抗震性能。建议采取复合螺旋箍筋、楼梯间四周框架柱的箍筋全高加密等措施来降低框架柱剪压比及提高体积配箍率。

1. 3 梯板破坏

1.3.1 典型震害现象

在梯板板底中部混凝土大面积脱落, 梯板底部受力钢筋屈服破坏 (受压) ;裂缝沿梯板宽度方向整条贯通等。

1.3.2 震害分析

梯板在地震作用中, 起到了类似K 型支撑构件的作用, 梯板受到较大的轴向力。当楼梯段的拉、压应力达到或超过楼板混凝土的极限抗拉或抗压强度时, 就会发生受拉或受压破坏;有些楼梯钢筋采用的是冷轧扭钢筋, 延性不佳, 地震作用下极易钢筋断裂。

1.3.3 抗震设计建议

严格按其实际受力状态, 梯板应按拉弯或压弯构件来进行设计, 并采取合理的构造措施。建议措施:梯板设双层通长纵筋, 纵向钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%, 且不应采用冷加工钢筋。

1. 4 楼梯平台梁破坏

1.4.1 典型震害现象

梯梁侧面在两个梯板之间的混凝土开裂脱落, 钢筋屈服。

1.4.2 震害分析

由于支撑效应的存在, 发生层间侧移时, 两个梯段分别处于交替的拉压状态, 梯梁在地震作用下必然承受双向弯、折、扭的复杂作用。

1.4.3 抗震设计建议

如实考虑梯板引起的推力和扭矩作用, 根据计算得出的双向弯矩、剪力及扭矩, 按框架梁的要求进行设计。

1. 5 楼梯平台板破坏

1.5.1 典型震害现象

平台板纵横向均出现较明显的裂纹。

1.5.2 震害分析

地震时, 楼梯起到了K 型支撑构件的作用, 其中层间休息平台相当于支撑的水平构件, 起到了类似耗能梁的作用。吸收地震能量, 而造成此处的破坏。

1.5.3 抗震设计建议

楼梯平台板是传递楼梯支撑作用的重要构件, 应采用双层双向通长配筋。

1. 6 楼梯小梯柱破坏

1.6.1 典型震害现象

小梯柱柱端处出现柱头破损, 混凝土破碎脱落, 梯梁端处纵筋外露、屈服破坏。

1.6.2 震害分析

未考虑地震时小梯柱实际存在的柱端弯矩, 小梯柱、梯梁节点处混凝土的强度不足等。

1.6.3 抗震设计建议

根据整体分析, 根据其实际受力状态, 按框架梁柱进行设计。

1. 7 楼梯间填充隔墙破坏

1.7.1 典型震害现象:

横墙出现“X”型裂缝;;楼梯踏步与墙体连接处出现裂痕。

1.7.2 震害分析:

填充墙构造措施不到位;梯板嵌入填充墙内拉结措施不到位。

1.7.3 抗震设计建议:

楼梯间按规范要求采取构造措施, 如设置构造柱和圈梁等;保持砌体的完整性, 避免梯板嵌入墙内;若梯板需嵌入墙内, 为防止墙体在地震情况下被甩出梯, 板与墙体之间必须加强拉结措施, 如预留插筋或植筋拉结。

2 两种设计思路

上述震害分析表明, 现浇板式楼梯对于主体框架结构的整体抗震性能可能具有不可忽略的影响。《建筑抗震设计规范》 (2008 年版) 中第3.6.6 条也明确规定:计算中应考虑楼梯构件的影响。然而, 楼梯的交通疏散功能决定了楼梯的平面布置不可能完全按照结构专业的思维进行布置。所以, 对于楼梯系统的结构设计, 不妨考虑区分不同的情况辨证地采用不同的设计思路。

2. 1 “抗”

如果楼梯的平面布置接近对称且位于对整体刚度有利的位置时, 计算时宜利用梯板的支撑作用, 考虑楼梯参与结构整体分析, 严格按照分析结果对主体框架结构及楼梯各个构件进行设计, 楼梯的薄弱部位还应进行概念性的加强, 以确保在灾难发生时, 发挥其所应有的功能, 如上述分析。

2. 2 “放”

如果楼梯平面位置可能给结构刚度分布带来不利的影响 (例如:由于偏置而增大结构的扭转效应) 时, 则宜采取构造措施 (如断开楼梯与主体结构的连接, 采用滑动支座[等], 使其成为非抗侧力构件, 可以不考虑楼梯参与整体结构受力。这样, 不但能改善楼梯系统的受力状态, 可不考虑抗震要求, 而且还能尽量消除其对主体结构的不利影响, 仍按传统方法对钢筋混凝土框架结构进行设计。

参考文献

[1]吴勇, 王周胜, 张玲.框架结构中板式楼梯震害分析及对策探讨[J].建筑技术, 2009, 40 (6) :561-564.

[2]王奇, 马宝民.钢筋混凝土现浇楼梯对整体结构的影响[J].建筑结构, 2002, 32 (4) :27-29.

框架结构的抗震设计思路 篇7

建筑结构抗震的发展是随着人们对地震动和结构的认识不断深入而发展起来的, 从诞生至今只有百年的历史, 大致有以下几个发展阶段:

(1) 静力阶段:它起初由日本的一位教授对当时有限的震害观测和理论认识提出抗震设计理论, 仅仅适用于刚体结构。它没有考虑结构的动力特性和场地不同对建筑结构的影响。

(2) 反应谱阶段:随着地震动记录的得到和结构动力学理论的发展, 1940年美国的Biota教授提出了弹性反应谱的概念, 反应谱是自由弹性体系, 在获取的很多地震记录的激励下, 结构周期与响应之间的关系, 包括加速度反应谱, 速度反应谱, 位移反应谱。其考虑了结构的动力特性, 到现在为止仍然是各国规范设计的取值基础。地震作用力计算常采用底部剪力法和振型分解反应谱法, 振型分解反应谱法。

(3) 动力理论阶段: 随着对地震动认识和理解的加深, 认识到反应谱的一些不足。常用的方法是对记录的地震波进行连续分段处理, 每段的数据都看做不变的, 然后作用到结构上, 通过动力平衡方程来求得此刻的加速度、速度、位移反应, 接着与前一段的加速度、速度、位移进行叠加, 把叠加的结果作为下一时段的初始数据, 依此类推, 最终求得结构的加速度、速度和位移动力反应变化过程。

(4) 在1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震后, 美日学者又提出了基于性态的抗震设计方法, 基于性态的基本思想, 就是使建筑结构在使用期间满足各种使用功能的要求。它与传统基于力的设计方法不同, 对于结构性能主要是基于位移准则, 用不同的位移指标对结构性能进行不同的控制。但是由于大地震作用下结构的非弹性变形很难准确估计, 使得基于性态的设计方法只能停留在理论上。但提出它的优点至少有两点:一是强调地震工程的系统性和社会性;二是认识到原有抗震设计规范的部分不合理性。

2 框架结构抗震设计的基本思路——延性准则

在弹性反应谱提出之后, 人们发现计算出的结构反应与实际地震时结构的破坏现象有一定的矛盾, 主要是按弹性反应谱算得的结构反应加速度比当时习惯性设计地震力的取值大好几倍, 而且按照习惯性取定的设计地震力作用下设计的房屋结构, 在地震中结构体系的损伤并不严重。目前, 世界各国的抗震规范几乎都采用这样一种思路:采用按可遇地震的强弱划分地震分区;根据各地区的历史发生地震的统计结果或对地质构造的历史考察给出具有明确统计含义的设防水准地面运动峰值加速度;再利用加速度反应谱给出不同周期下结构的反应加速度;通过地震力调整系数R得到设计用加速度水准。同时, 多数国家都认同这样的观点, 设防烈度水准可以取用不同的值, 选用越高的设防烈度水准, 结构的延性要求也就越低, 选用越低的设防烈度水准, 结构的延性要求就越高。结构延性保障的先决条件是构件的延性, 在采用一系列措施保障构件延性的基础上, 再通过有效合理的连接, 同时结构体系选择合理, 刚度分布合理的条件下就能基本保证结构的延性。

3 能力设计

要保证结构在大地震作用下的性能, 还需要有效的抗震措施, 使结构确实具备所需要的保持竖向承载力条件下非弹性变形能力, 这就是所谓的能力设计法。能力设计法由新西兰钢筋混凝土抗震专家T Parlay和R Park等学者发展和倡导, 主要思路是对构件间或构件内不同受力形式间的承载能力差的控制, 保证钢筋混凝土结构形成梁铰机构和延性较大的正截面受力破坏形态, 使结构具有足够的弹塑性变形性能, 保证大地震时具有足够的能力耗散性能, 避免产生脆性破坏和出现不利的机构形式。能力设计法的关键是将控制概念引入结构的抗震设计, 有目的形成对结构有利的破坏机制和破坏模式, 避免不合理的结构破坏形态, 并设法保证预计破坏部位的弹塑性变形能力。能力设计法主要通过以下三种措施给予保证:

(1) 增大柱相对于梁的抗弯能力, 人为的引导结构的出铰部位。

(2) 提高相对正截面承载力的抗剪能力, 避免出现非延性的剪切破坏。

(3) 对有可能出现塑性铰的部位, 采用相应的构造措施, 保证必要的非弹性变形性能。

首先对铰接的合理部位进行讨论, 各国大致的思路差不多, 都偏向于使梁端先于柱端出现的方案。这种出铰方案有以下优点:梁的延性易于控制, 且一般情况下比柱的延性大;梁铰接比柱铰接形成的整体塑性变形小;梁铰接机构形成的塑性变形比较稳定。在承认优先形成梁铰接的前提下, 还有两种不同的设计方法, 一种是由新西兰为代表的, 倾向于形成理想的梁铰接机构, 就是保证梁端出现塑性铰, 而柱子除底层外, 均不出现塑性铰, 对除底层柱外给柱子相对于梁比较大的超强系数 (大概2.0) , 好处是柱子 (除底层外) 不需要进行复杂的配箍, 因为采用这样的系数能保证出铰接很明确。但正是由于这种设计方法追求理想的梁饺接机构导致底层柱子相对较弱, 就有出铰接的可能, 相应就必须采用构造措施保证这个部位的塑性变形性能。其实对柱子采用超配系数的确定问题比较复杂:梁端构造的超配的影响;梁柱端塑性铰出现内力重分布的影响;屈服前的非弹性特征可能使柱子的实际弯矩大于弹性分析得到的弯矩;材料差异所带来的不确定因素;结构非弹性特征的发育导致结构动力特性变化所带来的影响等等。按照能力设计的要求, 剪力墙的塑性铰一般出现在墙肢的底部。联肢剪力墙的承载力和延性与洞口连梁的承载力和延性有很大的关系, 一般尽可能的设计成弱连梁, 有意识地引导连梁在地震时首先屈服, 然后是底部墙的屈服, 也就是预计塑性铰区的屈服。避免出现过早剪切破坏的原因很简单, 就是因为剪切破坏属于脆性破坏, 不利于保证结构的延性, 保证的办法就是按照抗震等级的不同对所有的梁、柱、墙等构件采用相对于抗弯的不同的超配系数。抗震抗剪的基本要求是在梁端塑性铰大震中所需塑性转动之前不发生剪切破坏, 这与非抗震抗剪有概念性的差异。对于各种不同的结构构件的抗剪机理和我国规范的处理方式, 柱:规范中对抗震时柱的抗剪公式的处理原则一样, 也是对混凝土项采用0.6的折减系数, 同样采用更严厉的措施防止斜压破坏, 把截面的剪力设计值比非抗震时乘以0.8的折减系数。但由于一般情况下, 柱的轴压力比较大, 这种压力对于柱出现塑性铰后对构件的抗剪性能偏有力, 按照这种思路, 柱采用和梁一样的折减似乎不大合理。墙:抗震时, 国内几乎没有相关的试验资料, 仅仅是采用对非抗震的抗剪公式对混凝土项和钢筋项都采用了0.8的折减系数, 同时, 为防止斜压破坏, 采用限制剪压比的办法, 把截面的剪力设计值比非抗震时乘以0.8的折减系数。

经过以上抗剪机理的讨论后, 就可以对梁柱箍筋的作用做如下总结:第一个显而易见的作用是用于抗剪;第二个作用是约束混凝土, 这对保障结构延性起非常重要的作用, 这里还可以说一下高强混凝土用于抗震时所遇到的障碍, 这首先和高强混凝土的材性相关, 强度越高的混凝土就越脆, 它的应力应变关系中达到最大压应力的应变比较小, 这就使得设计成延性构件形成很大的困难, 同时由于混凝土的强度越高, 箍筋起约束的效能就越差, 也就不能够有效地提高混凝土的极限压应变, 这样就导致了采用高强混凝土的结构构件的延性难以得到保障;第三个作用是对梁端纵向钢筋的约束作用, 防止纵向钢筋的失稳, 这与钢筋的特殊材性有关。

摘要：目前, 世界各国的抗震规范都采用这种思路:按可遇地震的强弱划分地震分区;根据各地区的历史发生地震的统计或对地质构造的考察得出设防水准地面的运动峰值加速度;再利用加速度反应谱给出不同周期下结构的反应加速度;通过地震力调整系数R得到设计加速度水准。同时, 很多国家都同意这样的观点, 设防烈度水准可取用不同的值, 选用越高的设防烈度水准, 结构的延性要求也就越低, 选用越低的设防烈度水准, 结构的延性要求就越高。结构延性保障条件是构件的延性, 通过有效合理的连接, 结构体系选择合理, 刚度分布合理的条件下就能基本保证结构的延性。

关键词：框架结构,抗震设计,设计思路

参考文献

[1]包世华, 方鄂华.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社, 2001.

[2]龙驭球, 包世华.结构力学教程[M].北京:高等教育出版社, 2001.

[3]庄崖屏, 江见鲸.钢筋混凝土基本构件设计[M].北京:地震出版社, 2001.

[4]同济大学.房屋建筑学[M].北京:中国建筑工业出版社, 2000.

底层柔性框架结构抗震优化设计 篇8

底层柔性框架结构是现代城市建筑中一种常见的结构形式。一些商场、综合楼、写字楼、沿街住宅楼等建筑常常将底部设计成大空间的布局, 同时由于底部层高较高而墙体较少, 使得侧向刚度较小, 容易形成底部薄弱层。在地震中, 由于底层柔性框架结构的竖向刚度发生了突变, 结构的内力和变形主要集中在底部柔性层, 导致结构破坏严重[1]。《建筑抗震设计规范》 (GB50011—2010) 对竖向不规则结构的设计提出了相应的控制指标, 对于底层柔性结构应通过增加底层的侧向刚度来减小上下层的刚度比[2]。然而在实际工程当中, 由于建筑方案的限制, 往往不允许在结构的底层布置剪力墙和斜撑等抗侧构件, 这给结构设计工作带来较大难题[3]。

本文以一个底层柔性框架结构为例, 通过建模计算进行多个结构方案的对比分析, 研究底层柔性框架结构的抗震优化设计方法, 为类似工程的抗震设计提供参考。

2工程概况

如图1所示为某小型酒店的底层平面图, 总层数为6层。底层为商业用房, 层高4.8m, 上部为客房, 层高3m。结构抗震设防烈度为7度 (0.1g) , 场地类别为II类, 地震分组为一组。由于上下层的层高差异较大, 底层布局为内部空旷且四周大开窗的形式, 使得底层的侧向刚度较小。加之基础埋置较深, 底层柱的计算高度超过了6m。按照常规的框架结构设计计算时, 结构层间侧移刚度比超过2, 属于竖向严重不规则结构。因此, 该结构属于典型的底层柔性框架结构, 在进行结构设计时应另辟蹊径, 通过分析计算进行优化设计, 确定合理的结构方案。

3结构方案优选

底层柔性结构设计的出发点是尽可能地增加底层侧向刚度, 减小结构层间刚度比, 尽量避免出现结构竖向不规则的情况。根据建筑功能要求, 底层内部除电梯井以外无其他墙体, 外围护墙采用大开窗的形式, 使得在底层增加抗侧构件十分困难。通过对建筑方案进行深入分析, 在结构设计时提出了3种初步方案进行比选。

方案一:增加构件刚度。根据框架结构的受力特点可知, 框架的侧向刚度与该层柱和梁的线刚度都有关, 增加柱或梁的线刚度都可以达到增加框架侧向刚度的目的。通过增加底层柱和2层梁的截面尺寸可以使底层的侧向刚度增加, 从而减小结构的层间刚度比。此方案是比较传统的结构方案, 结构设计人员往往最容易考虑。

通过建模计算发现, 要想使底层侧向刚度增加一倍, 则需要将梁柱的截面尺寸加大50%以上, 这不仅不够经济, 也将大大影响建筑的使用功能。因此, 该方案不是理想的结构方案, 只有在无其他更优方案时才宜考虑采用。

方案二:增加腰梁。通过在窗台下增设一道腰梁, 可以将底层框架在结构形式上分成2层, 这样既不影响建筑功能又增加了底层侧向刚度。由于前墙在建筑上布置了3个大门, 这三跨无法设置腰梁, 可以采取在室内地面标高位置设置一道地梁进行弥补。但这种方法容易导致出现错层结构, 对框架柱的抗震不利, 应采取措施对错层处柱的节点进行加强。此方案对于基础埋置较浅或底层层高不太高的结构容易形成框架短柱, 应慎重选用。

通过计算可知, 该方案可使结构层间刚度比大大减小。但由于腰梁布置的不连续, 使得在局部出现错层, 同时导致结构扭转周期增加, 这对结构抗震也是不利的。因此, 该方案虽然避免了底层柔性结构体系的出现, 但没有从根本上解决结构竖向不规则的问题。

方案三:底层设置翼柱。根据建筑方案, 外围大开窗并没有完全到柱边, 窗与柱之间仍有250mm左右的填充墙, 这为结构设计提供了潜在条件。如果能充分利用这一有限的空间, 将框架柱设计成翼柱的形式, 则可以增加柱的刚度, 从而可以提高底层结构的侧向刚度。

根据计算结果发现, 单根翼柱的刚度比普通柱增加了5.2倍, 结构底层的整体抗侧刚度增加了近90%, 最终的结构层间刚度比可控制在1.3以内。结构在地震作用下的内力和变形的分布比较均匀, 避免了结构竖向不规则的出现。该方案不影响建筑的使用功能, 施工简单, 经济性和可靠性均较好, 确定为最终结构方案。

4结构设计

采用PKPM结构设计软件进行建模, 为了对比分析翼柱对结构刚度的影响程度, 分别计算得出了在抗震设防烈度7度多遇地震作用下, 底层有翼柱和无翼柱2种结构方案的楼层位移曲线和层间位移角曲线, 如图2~图5所示, 结构楼层侧移刚度比如表1所示。通过对比发现, 当无翼柱时, 结构变形主要集中在底部薄弱层, 底层的位移占结构总位移的一半以上, 层间位移角超过1/500, 达到了结构弹性变形极限值。将底层外围框架柱改为翼柱后, 结构的底层刚度明显增加, 地震位移反应随之减小, 底层最大层间位移角为1/756, 结构的层间刚度和楼层位移趋向于均匀, 避免了底部薄弱层的出现。

翼柱的受力形式与短肢剪力墙类似, 但又不完全相同, 短肢剪力墙的平面外刚度较小, 当楼层高度较大时, 短肢剪力墙作为偏心受压构件的平面外长细比较大, 容易出现失稳破坏, 而翼柱不存在这个问题。因此, 当底层层高较高时不能采用短肢剪力墙代替翼柱。

在使用软件设计时, 翼柱可以按异形柱来建模, 然后采用satwe进行整体分析和内力计算。但软件的配筋计算结果往往不合理, 与其计算的内力不一致, 需要人工进行校核, 判断其配筋的合理性, 翼柱的合理配筋构造如图6所示。

5结语

底层柔性框架结构的抗震能力存在缺陷, 结构在地震作用下容易出现底部较大的塑性变形, 当底层的水平位移不能得到有效控制时, 结构可能出现严重破坏, 甚至整体倒塌[4]。在结构设计时应进行深入分析和方案比选, 在不影响建筑功能的前提下尽可能减小结构的层间刚度比。本工程通过3个初步方案的对比分析, 最终确定采用底层翼柱的结构形式, 能够有效增加底层的侧向刚度, 对建筑功能和结构规则性无负面影响。该方案施工简单, 经济性和可靠性均较好, 在类似工程中值得推广使用。

摘要：底层柔性框架结构是一种抗震性能较差的结构形式, 在地震作用下结构的底层变形较大, 容易导致结构严重破坏。为了避免出现底部薄弱层, 在进行结构设计时应根据建筑功能要求选择合理的结构方案。采取增加构件截面尺寸、增设腰梁、设置翼柱等方案均能减小层间刚度比, 但应根据具体情况来选用。在有条件的情况下, 设置底层翼柱的抗震效果和经济性较好, 值得推广使用。

关键词：底层柔性框架,抗震优化设计,翼柱

参考文献

[1]郭庆子, 马华.带纤维混凝土耗能器底层柔性结构的抗震研究[J].工程抗震与加固改造, 2012, 34 (5) :20-26.

[2]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].

[3]王春林, 吕志涛, 吴京.半柔性悬挂减振结构体系地震反应分析[J].建筑结构学报, 2008, 29 (6) :107-112.

框架结构的楼梯抗震设计分析 篇9

关键词：楼梯震害,框架结构,滑动支座

1 楼梯震害分析

常见板式楼梯结构中, 板式楼梯在地震作用下主要震害有以下几个方面。

梯板震害第一种情况 (见图1) 是沿板宽出现贯穿裂缝, 在一个梯度分布一道或多道裂缝, 梯板钢筋被压曲或拉断, 特别是梯板采用延性较差的冷轧钢筋时, 通缝处钢筋全部被拉断, 导致梯板断裂垮塌;梯板震害第二种情况 (见图2) 是板断裂并产生较大错动, 钢筋与混泥土剥离;梯板震害第三种情况 (见图3) 是在板施工缝位置产生剪切滑移裂缝, 这三种震害均为顺梯段方向的破坏, 在该方向梯板受力类似斜撑, 地震时受到反复的拉、压作用。

2 楼梯对于框架结构抗震性能的影响

在本文重点关注的框架结构系统中, 即使对于两跑楼梯这种传统上认为对于主体结构影响不大的楼梯体系, 它对于框架结构的抗震性能也有不可忽略的影响。福建建筑设计研究院的任彧通过建模分析指出楼梯的存在显著增大了结构局部的抗侧刚度, 减小了结构的自振周期。计算结果显示, 梯板在平行梯板方向的地震作用下会产生非均匀分布的轴向应力, 靠近框架平面一侧的正应力水平是另一侧的2.5倍～3倍, 梯板呈现偏拉的受力状态, 在底部两层梯板的最大正应力约为7000kN/m2;在楼梯平台板正对梯缝的位置产生了显著的应力集中, 应力水平大致为梯板应力的3倍。

曹万林等人通过框架结构楼梯间试验研究也得出了相似的结论。其楼梯间试验模型分两阶段制作。第一阶段不浇筑楼梯, 但将楼梯钢筋按设计要求绑扎好, 待未浇筑楼梯的框架养护到设计强度后, 先进行其弹性层刚度测试;第二阶段浇筑楼梯, 将其养护到设计强度后, 进行带楼梯框架结构的弹性及弹塑性试验。弹性阶段采用荷载和位移联合控制的加载方法, 弹塑性阶段主要以位移控制加载。试验结构表明楼梯对结构刚度和承载力的贡献是不宜被忽视的。在弹性阶段, 楼梯的抗侧刚度约为两榀中框架抗侧刚度的1.123倍, 而层剪力是按刚度分配的, 所以楼梯在弹性阶段对结构的支撑作用是较大的。但是超过弹性阶段后, 楼梯刚度衰减的速度快于框架, 因此层剪力在楼梯与框架之间的分配比例是变化的。

3 滑动支座在楼梯抗震设计中应用

目前, 在实际的建筑结构抗震设计中, 考虑楼梯对结构性能的影响多停留于构造要求, 例如考虑到楼梯间的不对称布置可能带来结构扭转, 故应尽量将楼梯间对称布置;楼梯间使楼板有较大削弱时, 应采取加强楼板及连接部位的措施;对楼梯间短柱应全长加密箍筋;楼梯间的非承重墙体, 应采取与主体结构可靠连接或锚固等。同时, 在建筑结构设计中, 框架结构楼梯间的设计是与主体结构分开进行的, 并没有考虑地震作用对其的影响, 也没有考虑其对主体结构的影响。新版建筑抗震设计规范中明确指出应考虑楼梯构件的影响。对此有两种基本设计思路:一种是考虑楼梯参与整体分析计算的方法;另一种认为, 框架结构中的楼梯为了避免形成支撑, 可以采用滑动连接的方式消除其对主体结构的附加影响。

楼梯间设置滑动支座地震作用下主体结构发生层间侧移并导致楼梯承受拉、压力作用, 对楼梯结构而言这是一个被动的受力过程。显然, 不能期望通过改变楼梯的设计去限制地震作用下楼层的剪切变形, 而只能考虑调整楼梯的结构设计以提高其适应变形的能力, 确保楼梯结构不在主体结构倒塌前坍塌而失去逃生通道的功能。从结构整体受力角度来看, 如果楼梯参与抵抗水平地震作用, 受力是很复杂的, 同时楼梯构件对于保证人民生命安全又具有极为重要, 因此其结构的安全要求和构造措施 (抗震等级) 宜比主体结构有所提高。但这对矛盾使得我们要考虑楼梯在地震作用下的构件承载力验算, 楼梯构件的受力十分不利, 所以在这种情况下, 如果按照传统设计方法势必将极大增加构件截面尺寸和配筋面积, 而这反过来又导致楼梯间的局部刚度增大, 从而在水平地震作用下分配到更大的地震力。因此, 目前有很多人讨论, 是否能够改变传统的施工方法, 使得楼梯跟规范计算所假定的条件一样。

北京市建筑设计研究院胡庆昌提出:框架结构中楼梯为了避免形成支撑, 可采用滑动连接, 楼梯段的上端节点为铰接, 下端节点为滑动支承。重庆大学的金全友等人则认为, 可只在梯段板下端与平台梁 (板) 处设置为滑动支承, 通过层间位移角限值条件下梯段拉、压应变估计同时提出建议滑动支座支承长度不小于300mm。

金联社则认为, 滑动支座支承长度的确定应按照:高层建筑物在跨度方向大震下的弹塑性水平位移计算确定并考虑梯板最小支承长度80mm。并给出参考示例, 假设某工程抗震设防烈度为8 (0.20g) 度, 梯板和休息板之间跨度方向在小震下的弹性水平位移为12.5mm, 则计算出的支承长度应为279mm。

关于滑动支座的构造要求。金联社提出隔离滑动层处钢筋不连通, 为减少摩擦, 水平缝处可采用聚四氟乙烯板, 或采用柔性材料如聚苯板;也可直接将隔离滑动层设置为施工冷缝, 但这种做法摩擦力较大。笔者认为, 可以采用两块钢板组成此滑动支座, 具体做法为一块固定于上部梯段板下端, 并与梯段板内钢筋焊接固定, 另一块预埋于梯段梁上部。两块钢板之间可涂防锈润滑剂以减少摩擦力。为了进一步改善滑动支座在地震与正常状态下的受力性能, 可在钢板之间增设橡胶垫片, 做成类似橡胶支座的形式。

该方法的优点是从构造上将主体结构与楼梯构件脱开, 消除了楼梯构件对主体结构抗震计算中的不利影响。只需保证楼梯间围护墙及主体结构不倒塌, 即可保证罕遇地震下楼梯的疏散功能, 在结构整体抗震计算中, 也可不考虑楼梯构件的刚度作用。楼梯构件也可按传统的设计方法, 仅考虑竖向荷载作用下进行配筋计算。该方法的缺点是在地震作用下, 水平缝处的装修材料存在局部破损的可能, 需要在地震后进行局部装修的处理。鉴于楼梯间作为疏散及救灾通道的重要性, 该缺点应在可接受的范围内。

参考文献

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深梁填充钢框架抗震性能研究进展 篇10

关键词：钢框架； 深梁； 抗震性能； 研究进展

1 引言

在中国城市建设中，超高层和大型复杂建筑越来越多，采用的结构形式也越来越多。钢框架结构的结构延性和抗震性能良好，但钢框架结构的侧向刚度小导致侧向位移大，易引起非结构构件的破坏，在高地震烈度区的使用受到限制。为实现刚度在一定范围里渐变调幅，可将深梁作为一种新型的抗侧力结构形式。

Kahn等1979年最早提出框架内填钢筋混凝土深梁结构形式，Kesner等将纤维混凝土深梁用于钢框架抗震加固，郑宏于2007年获得钢板-混凝土组合深梁国家专利，将深梁作为承受水平地震力的耗能构件来研究。在此，作者对深梁填充钢框架的抗震性能的试验研究进行归纳总结，以方便不同形式的深梁在具体工程中的选用，并为今后的研究提供参考。

2 深梁填充钢框架结构体系

2.1 钢筋混凝土深梁填充钢框架

纯框架抗侧刚度小，在水平地震作用下易产生较大的侧向变形从而导致非结构构件的破坏。钢筋混凝土深梁填充钢框架可以有效提高结构的抗侧刚度。郑宏、胡立黎等进行了钢筋混凝土深梁填充钢框架试验，得出了钢框架内填钢筋混凝土深梁结构在水平低周反复荷载作用下的抗震性能。

钢筋混凝土深梁在钢框架中的位置与剪力墙相同，通过角钢用高强螺栓与钢框架相连。试验表明：内填钢筋混凝土深梁钢框架结构在低周反复荷载作用下的荷载-位移滞回曲线饱满，其承载能力、延性和耗能能力均优于钢框架结构，抗震性能良好。胡立黎等通过试验得到了钢筋混凝土的破坏机理，提出了计算钢筋混凝土深梁与钢框架协同分析模型。

2.2 钢-混凝土组合深梁填充钢框架

钢-混凝土组合深梁由钢板和外侧预制钢筋混凝土板螺栓连接而成。钢-混凝土组合深梁通过角钢与钢框架相连。钢框架内填钢-混凝土组合深梁的结构中混凝土板主要起约束钢板，限制钢板的屈曲变形以发挥钢材的材料性能。

郑宏等对钢框架组合深梁抗震性能进行了试验研究，得出了结构在低周反复荷载作用下的抗震性能，分析了结构的耗能机理。 钢框架内填组合深梁之后， 明显提高了整体结构的初始刚度、极限承载力， 解决了纯框架结构抗侧刚度不足的问题。内填组合深梁首先消耗地震能量， 起到第一道防线的作用， 保护了框架体系， 避免整体结构发生严重破坏， 提高了框架结构的耗能能力。胡立黎等在试验的基础上建立了组合深梁填充钢框架三折线型恢复力模型。考虑了刚度退化， 能较好地反映组合深梁填充钢框架的恢复力特性， 适合在弹塑性反应分析中采用。

2.3 钢板深梁填充钢框架

钢板深梁分为不加劲钢板深梁和加劲钢板深梁两种。加劲钢板深梁一般采用十字加劲肋、交叉加劲肋等，加劲肋材料为角钢，可以通过螺栓与钢板固定，也可以采用焊接的形式。钢板深梁通过角钢利用高强螺栓与钢框架相连，达到可拆卸的目的。

研究表明钢板深梁填充钢框架在水平荷载作用下的破坏始于钢板的屈服。对于加劲钢板深梁，由于加劲肋对钢板的约束作用，限制了钢板的屈曲变形，更利于钢板发挥其材料性能。所以加劲钢板深梁的耗能能力优于不加劲钢板深梁。钢板深梁不仅在提高钢框架初始刚度、屈服荷载和承载力方面均有显著效果，解决

了纯钢框架初始刚度不足的缺陷，而且有效约束了框架结构的水平位移，改善了框架受力和变形，可作为高层结构的加固体系，成为抗震设防的第一道防线。

3 深梁填充钢框架试验对比分析

对三种深梁填充钢框架在循环往复荷载作用下的抗震性能进行了一系列实验，实验中混凝土均采用C30，钢构件均采用Q235B钢材加工制作。RDBF-A及RDBF-B中钢筋混凝土深梁厚60mm，钢筋采用 。CDBF-A及CDBF-B中钢筋混凝土板尺寸为450×720和900×720，板厚60mm，钢筋采用 ，钢板厚度为4mm。SDBF-A和SDBF-B钢板厚度为6mm。实验采用MTS作动器，以位移控制加载。得出三种深梁在循环往复荷载作用下的骨架曲线如下图所示。

4.1 RDBF与PF骨架曲线对比 4.2 CDBF与PF骨架曲线对比 4.3 SDBF与PF骨架曲线对比

图 深梁填充钢框架与纯钢框架骨架曲线对比图

钢筋混凝土深梁填充钢框架的初始刚度、屈服荷载和极限承载力均比纯钢框架大。这是由于钢筋混凝土深梁作为抗侧力构件增加了结构的初始刚度，直至钢筋混凝土深梁中混凝土被压碎，深梁退出工作，刚度才有所降低。同时作为耗能构件，钢筋混凝土深梁的破坏，消耗吸收地震能量，使得钢筋混凝土深梁先于钢框架破坏。由于，RDBF-B的跨高比RDBF-A大，使得RDBF-B的屈服荷载、初始刚度及极限荷载增幅远远大于RDBF-A，这说明钢筋混凝土深梁的跨高比是影响深梁填充钢框架抗震性能的重要因素。

钢-混凝土组合深梁使得钢框架的初始刚度和极限承载力明显提高。 钢-混凝土组合深梁作为抗侧力构件参与受力，并作为抗震设防的第一道防线消耗和吸收地震能量。比较CDBF-A和CDBF-B，后者的深梁宽度大于前者，使得CDBF-B在屈服荷载、初始刚度、极限荷载等方面与CDBF-A相比有很大的提高。该实验研究表明随着深梁跨高比的增大，初始刚度、屈服荷载、极限荷载都会有大幅提高。

钢板深梁填充钢框架较纯钢框架在初始刚度上有显著提高，这是由于钢板深梁与钢框架连接后作为整体承担水平力，提高了结构的抗侧刚度。在水平荷载的作用下，没有设置加劲肋的钢板深梁SDBF-A由于屈服过早的退出工作，所以在屈服荷载和极限荷载上与纯框架相比无显著差异。在SDBF-B中，加劲肋约束了钢板深梁的面外变形，防止其过早的进入屈曲状态，钢板深梁能参与受力，使其在屈服荷载和极限荷载方面较纯框架PF有显著提高。比较图中SDBF-A及SDBF-B相关数据，可知，在钢板深梁填充钢框架中对钢板深梁设置加劲肋可以显著提高机构抗震性能。

4 结论及展望

（1）三种深梁均能不同程度增强框架结构的抗侧刚度，提高屈服荷载和极限荷载，提高结构的耗能力。

（2）对于钢筋混凝土深梁，在今后的研究中可以围绕不同的高跨比、截面厚度、配筋率下钢筋混凝土深梁填充钢框架的抗震性能来进行；对于钢-混凝土组合深梁，可以研究在混凝土板双侧布置钢板或者在钢板两侧布置混凝土板的组合形式；对于钢板混凝土深梁，建议今后的研究可以从增强抵抗弯矩和剪力作用的角度多考虑几种加劲形式，如十字加劲、交叉加劲、全加劲等形式。

（3）今后的科研工作中应积极开展相关的试验及理论分析，研究性能可靠、经济实用的深梁形式，用于建造抗倒塌能力强的框架结构或加固既有框架结构，提高其抗地震倒塌能力，从而保护人民的生命与财产安全。

参考文献：

[1] 张建伟，曹万林，董宏英，等.不同构造措施的钢管混凝土边框钢板剪力墙抗震性能试验研究[J].防震减灾工程学报，2011，31（4）：450-456.

框架抗震 篇11

关键词：玉树地震,底框-抗震墙结构,规范,抗震没计

底部框架-抗震墙结构(以下简称底框结构)是由底部钢筋混凝土框架-抗震墙和上部砌体结构所组成。这种结构形式在底部可提供较大开间,使用功能灵活,施工周期短,造价相对较低,故广泛应用在城镇临街的建筑中。据统计,底框结构在我国县级城镇临街建筑中占70%以上。该结构是由上下不同材料组成的混合结构,抗侧力构件不连续和不均匀性,使其抗震性能较差,历次地震中[1],震害较为严重。国外地震区,极少采用这种结构体系。但是,作为我国现有经济水平下的一种特有的构形式,尤其随着城镇商业化的发展,底框结构仍具有一定的存在价值。

2010年12月新颁布实施的《建筑抗震设计规范》(GB 50010—2010)[2](以下简规范),将其应用限定在一定范围内。规范规定:除乙类建筑及丙类8度区设计基本加速度0.3g和9度设防区外,仍然可以采用此结构形式。依据“我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本加速度和设计分组的划分表”,我国2500个抗震设访城镇中,按规范界定的范围,底框结构可应用的范围大约在60%以上。

我国抗震设防目标规定的“大震不倒”,是保证人民生命安全的基本抗震设防目标。但是,在2010年4月14日7度设防区的青海玉树发生7.1级地震中,底框结构出现了倾斜或倒塌的严重破坏。因此,通过震害反馈,分析此类结构在地震作用下的震害特征,薄弱部位,深入理解新颁布的抗震规范相关规定,对做好底框结构抗震设计,提高其抗震能力,减少工程震害是十分必要的。

1 底框结构的震害特征

玉树4.14地震中,底框结构表现的典型震害之一为:底层倒塌和倾斜,如图1所示。倒塌的主要原因由于竖向刚度分布不均匀,底层刚度和强度不足,抗震墙过少或采用的砌体抗震墙没有约束措施,地震时散落。震害之二为:上部空心砌块砌体抗震措施不完善,形成薄弱层倒塌,如图2所示;震害三为:底层框架柱抗剪承载能力较低,发生剪切破坏,如图3所示。

2 底框结构抗震设计要点

2.1 房屋高度的限制

震害反馈,砌体结构倒塌率与房屋层数几乎成正比。随着房屋高度的增加,结构所受地震作用和倾覆力矩较大,由于底框结构上部砌体的脆性性质,使得震害对房屋高度反映更加敏感。以常见的7度0.10g为例,对大量丙类建筑而言,底框结构最大高度为7层且不超过22 m,对于混凝土空心砌块砌体(如玉树地区),考虑其砂浆粘结面较小,砌块脆性更大,对其高度要求更为严格,为6层且不超过19 m。对于高度的限制,必须严格执行,万不可追求经济指标,而超高超限。

2.2 结构刚度、承载能力的合理匹配

底框结构由于上下两种结构体系的组合,使其刚度和强度在竖向不均匀。控制好上下刚度比,控制好刚度与抗震承载能力的合理匹配,是保证该结构在地震作用,尤其是遭遇高于本地区设防烈度的大震作用下,不至于倒塌的关键所在。

2.2.1 刚度比控制

在7度设防区,规范规定上部砌体结构与下部框架结构的刚度比K2/K1不大于2.5,同时不应小于1.0。此规定,主要包含以下两层含义:一是对这种“上刚下柔”的结构体系,刚度差异不要过大的限制;二是在差异不能过大的基础上,将相对柔弱的楼层控制在位于钢筋混凝土结构楼层中,以期在地震时,通过混凝土结构较好延性性能的发挥来“保护”上部脆性的砌体结构。因此,对结构刚度的正确估计是控制刚度比的关键所在。对结构刚度的计算,抗震规范2001版[3]和2008修订版[4]并未将是否计入砌体结构中构造柱的影响做明确的规定,基本是依靠设计人员个人经验和设计理念来判定。从强度角度而言,一般设置的构造柱,大多情况下不参与结构抗震承载力的计算,而是作为墙体抗震受剪承载力的安全储备。但是,砌体结构由于构造柱和圈梁的约束作用,使结构整体性提高的同时也提高了其刚度。如果不计构造柱对砌体结构刚度的贡献,不利于底框结构刚度比的控制。2010版抗震规范以强制性条文形式(条文7.1.7-3),明确规定上部砌体侧向刚度,需计入构造柱的影响,以便较准确计算砌体的刚度值。

2.2.2 抗震承载能力的调整

抗震设计要做好刚度、延性与承载能力(强度)合理匹配。这一匹配在底框结构中尤其重要。底框结构属于剪切变形,在抗震计算一般可采用“底部剪力法”,剪力的分布呈倒三角形,底部层间剪力最大。为保证底部必要的抗震承载能力,减少其薄弱程度,通过地震作用效应的调整来提高其抗震承载能力,即对底层的地震剪力乘以增大系数。规范7.2.4规定“底框结构底层剪力增大系数允许在1.2～1.5范围内选用,第二层与底层侧向刚度比大者应取大值”。即刚度比越大,底部地震剪力增加越大,实际取值时可按刚度比按线性插值近似确定,以做好刚度和承载能力的匹配,增大后的地震剪力再按底层结构中各构件的抗侧刚度按比例分配。

2.2.3 薄弱层判断和塑性变形验算

我国抗震设防为“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防目标,通过两阶段的设计来实现,即第一阶段的承载能力设计和第二阶段的弹塑性变形验算。对大多数结构,仅进行第一阶段的设计,通过抗震概念设计和抗震的构造措施定性的实现罕遇地震下的塑性变形的设防要求,对于一般均匀规则的建筑结构,这种方法是可行的。实际工程设计时,对于底框结构,设计人员仅按照第一阶段进行设计,较少进行专门变形验算。底框结构体系特殊且不利于抗震,对其进行大震下的变形验算,是防止其在大震下倒塌的关键要素之一。底框结构大震下变形验算的主要目的是判断预期薄弱层是否在底层延性较好的混凝土结构层,同时考虑在大震下“P-Δ”重力二阶效应后,其层间变形是否控制在不倒塌的范围。对薄弱层的判断,常用楼层屈服强度系数ξy(i)的大小来判断:

公式中:Vu(i)—楼层中实际受剪承载能力;Ve(i)—大震作用下楼层的弹性地震剪力。底框结构屈服强度系数实用计算可参见文献[5,6]。对于单纯钢筋混凝土结构和或砌体结构而言,ξy(i)沿高度分布最小的楼层就是薄弱层。底框结构由两种抗侧力构件组成,还要着重判断底层与上部过渡层的相对薄弱程度。文献[7]对底框结构进行了弹塑性时程分析,提出较为简单的判断方法。通过底层框架结构的楼层屈服剪力系数ξy(1)与相邻层的楼层(砌体结构)屈服剪力系数ξy(2)的比值大小来判断:当ξy(1)<0.8ξy(2)时则底层为薄弱层,当ξy(1)>0.9ξy(2)时则第二层为薄弱层,当ξy(1)=(0.8～0.9)ξy(2)时,则上下刚度、承载能力匹配合适且均匀。并对底层为薄弱层时,楼层屈服强度系数与底框结构在地震下的破坏形态进行分析,得出其基本对应规律如表1所示,具有一定的工程参考价值。

判断出结构薄弱层后,可进一步按下述公式验算该层的弹塑性层间位移是够满足规范要求的限值:

式中Δμp为弹塑性层间位移;Δμy,为屈服位移;ηp为弹塑性层间位移增大系数;[θp]为弹塑性层间位移角限值,底框结构取1/100;h为薄弱楼层的高度。

由上述分析可知,当底层屈服强度系数过小,导致底层破坏甚至倒塌,或者过度加大底部的抗震承载能力,使薄弱层由底部转移到相邻的上部砌体楼层,导致上部砌体的倒塌。玉树4.14地震和汶川5.12地震[8]都出现了这两种震害现象。因此,底框结构抗震设计时,对薄弱层的判断应引起设计人员的足够重视,要有目的控制薄弱层部位,使其发生在底部的同时保证楼层屈服强度系数不应过小,是确保底框结构在大震作用下不发生倒塌的较定量的控制手段。

2.3 底部抗震墙的选择与布置

底部抗震墙作为底层抗震第一道防线,承担主要的层间剪力,是主要的抗侧力构件。规范规定的底框抗震墙有两种形式:砌体抗震墙和钢筋混凝土抗震墙。抗震规范2001版中要求“6、7度且总层数不超过5层的底层框架-抗震墙房屋,应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙”,基此,按2001版规范设计的结构,在7度设防区,特别是经济欠发达地区,较多采用砌体抗震墙。玉树震害中的底框结构较多采用的是砌体抗震墙,或者是砌体抗震墙和钢筋混凝土抗震墙混合使用。基于震害反馈,2010版抗震规范缩小了砌体抗震墙的范围,即使采用,也应按约束砌体的要求进行设置。规范7.1.8-2中规定:底层砌体抗震墙应按约束砌体的专门构造要求设置;同一方向不应同时采用钢筋混凝土抗震墙和约束砌体抗震墙,在8度时应采用钢筋混凝土抗震墙,6、7度时应采用钢筋混凝土抗震墙或配筋小砌体抗震墙。

考虑我国城镇底框临街建筑实际情况,多为商铺开间不大,横墙(包括填充墙)相对较多,背街面的纵墙相对较完整外,临街面的纵墙被门、窗洞口削弱过多而不完整。纵横向刚度差别过大,使结构刚度中心和质量中心相差较大,在地震作用下,产生较大的扭转效应,对结构的抗震很不利。因此,在7度及以上设防地区,作为底部主要抗侧力构件的抗震墙,应采用延性性能较好,抗侧刚度较大的钢筋混凝土抗震墙。在抗震墙布置时,本着“对称,均匀,尽量使纵横向抗震墙相连相交”的原则,且以满足刚度比、承载能力匹配的要求确定抗震墙数量。

2.4 底框柱的抗震设计

2010版抗震规范中,新增了底框柱的抗震设计要求(抗规7.5.6)。表2是以较常见的7度区、抗震等级为三级的普通框架-抗震墙结构中的柱与底框-抗震墙结构柱的相关抗震设计参数的对比。

备注:表中配筋率项的对比数据为钢筋强度标准值小于400 MPa的情况。

由表可知,新规范对底框柱的抗震设计采取了加强措施,基本上相当于按抗震等级为二级的框支柱水平来要求。主要考虑在地震作用下,上部刚度较大的砌体结构的倾覆力矩在底框柱中产生较大的附加应力,尤其是附加的轴力,使其轴压比增大,柱子的延性降低,故轴压比控制及总配筋率较严格,同时考虑扭转对底框结构的不利作用,边柱和角柱的总配筋率都作了相应的提高。此外,在施工过程中,砌体填充墙为满足开设洞口的要求,仅填充到框架局部高度,在一定程度上约束了柱下端的变形,使计算高度减小,刚度增大,导致地震作用下的实际承受的地震剪力增大。计算高度的减小,还有可能使其成为短柱,在地震作用下发生没有延性特征的剪切破坏图如4所示。实际工程中可采用轻质板墙或与柱柔性连接钢筋混凝土墙板,不宜采用砌体类填充墙。当采用刚度较大的砌块填充墙时,在抗震设计时应对其可能出现的“短柱”采取预先的加强措施,一般可将箍筋沿柱高加密。综合考虑底框柱受力特点和施工中形成的不利因素,确保“强剪弱弯”抗震措施的实现,对其柱端剪力要适当提高,并加强构造措施。

2.5 过渡层墙体的加强

作为底部框架和上部砖混结构相连的楼层是刚度变化较大的楼层,即过渡层,此部位作为上下刚度突变的结合部位,在地震作用下较容易产生破坏,要适当加强,目的在于保证刚度较均匀的渐变和非脆性的破坏。本次规范新增7.5.2,加强过渡层的构造要求:通过下部框架柱与上部构造或芯柱相连,在砌体中配置水平钢筋,在墙体窗台标高处设置通长的水平分布钢筋的混凝土带等措施,来有效保证过渡层墙体的安全。

3 结论

1)底框结构抗震设计,要深入理解该结构体系在地震作用下的震害现象、受力特点,汲取震害经验,加强对新颁布抗震规范的学习,谨慎设计,切忌超规,超限。

2)正确计算并严格控制上下刚度比和抗震承载能力的匹配,合理设计底框柱,加强过渡层构造措施。对于7度及以上设防区,应采用延性较好的钢筋混凝土抗震墙,并建议进行大震作用下薄弱层的判断。

3)做好拖墙梁的抗震设计,加强上部砌体结构的构造措施。做到“系统”而“细致”的设计、确保施工质量,防止底框结构在地震作用下倒塌失效,以保证人民生命和财产安全。

参考文献

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