房屋建筑框架结构抗震设计要点

朱哲欣

摘要：如何从我国的地震环境和社会经济发展的实际情况出发，不断提高建筑结构抗震设计的水平，使之更安全可靠、更合理经济，是结构设计人员的重要任务。本文阐述了框架结构抗震设计时应注意的问题，探讨了框架结构抗震设计几个要点。

关键词：房屋建筑框架结构抗震设计要点

中图分类号：TU323.5 文献标识码： A 文章编号：

近年来中国房地产的迅猛发展给建筑业的发展带来了很大机遇和挑战，房地产市场的日趋成熟和完善要求建筑功能越来越多样性和复杂性，因此如何在满足建筑功能的同时设计出安全经济合理的结构体系对设计人员是一种不小的挑战，这就需要我们结构设计人员在设计过程中不断的总结和提高。

一、抗震设计应注意的问题

中国地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，是一个震灾严重的国家。据统计，我国绝大部分地区均发生过较强的破坏性地震，给人民的生命和财产造成了非常大的损失，如2008年5月12日发生的汶川地震、2010年4月14日发生的玉树地震都造成了大量房屋倒塌、大量人员伤亡。因此，抗震设计是结构设计人员的一大课题，把好抗震设计关，提高建筑物的抗震能力才是减轻地震灾害的根本措施。

1、结构的抗震设计还不能完全依赖“计算设计”，更应该重视“概念设计”。概念设计是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。其目标是避免出现会导致结构过早破坏的敏感薄弱部位。结构抗震设计中特别要注意贯彻“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的设计原则，强柱弱梁就是要求柱的抗弯能力高于梁的抗弯能力，强剪弱弯就是防止构件受剪破坏，要求杆件的受剪承载力高于受弯承载力，强节点弱构件就是要防止节点破坏先于构件。大量的工程设计中我们发现框架梁上部配筋一般比较大，这是因为考虑了梁翼缘作用和梁裂缝宽度验算后增加了较多梁纵向钢筋，从而增大了梁端的承载力，相对减小了柱端承载力，可能会形成“强梁弱柱”，这样做的后果就是地震发生时可能使得塑性铰出现在柱端而未按照预期出现在梁端部，我们的做法是严格控制梁端裂缝验算宽度刚好满足规范要求，不因裂缝宽度过小而使得梁端增加过多的钢筋。

2、当地下室顶板不作为上部结构的嵌固端时，一层框柱底端及二层楼面梁的配筋有可能偏小，整体计算除建立从基顶至屋顶的计算模型外，还应采用不含地下室的模型进行复核。

3、个别构件应采取的构造措施在抗震设计中也容忽视，如嵌砌入框架柱内的半高墙如走道栏板提供了较大刚度，在震害中可以看见框架柱常常在此类墙顶部发生破坏，我们为避免此类破坏发生，通常在框架柱边20mm以外设置构造柱与其强拉结，框架柱和构造柱之间柔性连接。

结构抗震设计是个长期、复杂甚至循环往复的过程，结构设计人员不可掉以轻心，因为任何在这过程中的考虑不周都有可能使整个设计结果存在不安全因素。

二、框架结构抗震设计要点分析

框架结构体系是指沿房屋的纵向和横向，由梁、柱构件通过抗弯节点连接构成，既承受竖向荷载，也承受水平荷载的结构体系。这种体系广泛用于多层及高度不大的高层建筑。框架结构可通过合理的设计，使之具有良好的抗震性能。

1、框架结构设计要点

（1）框架梁

框架梁、柱中心线宜重合。当梁中线与柱中线之间偏心距大于柱宽的1 /4时，应考虑偏心对梁柱节点核心区受力和构造的不利影响，以及梁荷载对柱子的偏心影响。另外，为减小扭转的不利影响，宜采用整体现浇楼盖。

（2）框架柱

大量试验表明，随着轴压比的增大，柱的极限抗弯承载力提高。但极限变性能力、耗散地震能量的能力都降低。轴压比对短柱的影响更大：在长柱中，轴压比越大，混凝土受压区高度越大，压弯构件会从大偏压破坏向小偏压破坏过渡，小偏压破坏的延性很小或者没有延性；在短柱中，轴压比增大也会改变柱的破坏形态，会从剪压破坏变成脆性的剪拉破坏，破坏时承载能力突然丧失。轴压比愈大，塑性变形段愈短，承载能力下降愈快，即延性减小。框架柱的抗震设计一般应在大偏心受压破坏范围，以保证有一定的延性。

（3）楼、屋盖

框架结构宜采用现浇楼盖结构。现浇楼盖的混凝土强度等级不宜低于C20。当板厚≤150mm 时，钢筋间距不宜大于200mm; 当板厚＞ 150mm 时，钢筋间距不宜大于1.5 倍板厚，且不宜大于250mm。集中荷载较大或温度影响较大时，分布筋截面积应适当增加，间距适当减小，其间距不宜大于200mm，可为φ8@ 200。顶层及考虑抗裂时板上筋可不断，或部分连通，拉通筋均应按受拉搭接钢筋。

（4）填充墙和隔墙

框架结构的填充墙和隔墙一般为轻质墙体。过梁一般不采用预制混凝土过梁，而是现浇梁带。设计时应注明采用的轻质墙的做法及图集，并注明过梁的补充筋。当过梁与柱或构造柱相接时，柱应甩筋，过梁现浇。有抗震设防要求情况下，如果采用砌体填充墙，其布置应符合: 上、下层刚度不能变化过大;尽量减少因抗侧刚度偏心造成的扭转。另外，还要采取措施确保砌体填充墙及隔墙的自身稳定性。

2、结构抗震构造措施

（1）梁的抗震构造措施

①梁截面尺寸: 为了防止梁发生斜裂缝破坏、斜压型脆性破坏，框架梁截面尺寸必须满足如下要求: 梁的截面宽度不宜小于200mm; 截面高度与宽度不宜大于4; 净跨与截面高度之比不宜小于4。

②梁的配筋率: 梁的变形能力主要取决于梁端的塑性转动量，而梁的塑性转动量与截面混凝土受压区相对高度有关。为了保证梁的变形能力，使框架结构具有较好的抗震性能，在考虑梁端受压钢筋的作用的情况下，梁端纵向受拉钢筋的配筋率应能使梁端混凝土受压区高度和有效高度之比满足以下要求: 抗震等级为一级x /h0≤0． 25; 二、三级x /h0≤0． 35，同时，纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2． 5%。纵向受拉钢筋的最小配筋率，抗震设计和非抗震设计有所不同，规范有明确规定。梁端底面和顶面纵向钢筋的比率，同样对梁的变形能力有较大的影响。规范要求，除按计算确定外，一级不应小于0． 5; 二、三级不应小于0.3。

③梁的箍筋: 试验结果和震害经验表明，梁端的破坏主要集中于1． 5 － 2． 0 倍梁高的长度范围内，因此，在梁端纵筋屈服范围内加密封闭式箍筋，对提高梁的变形能力十分有效。同时，为了防止混凝土压溃前受压钢筋过早压曲，应严格遵照《建筑抗震设计规范》有关条文限制箍筋的间距。

④ 梁内纵筋的锚固和搭接: 在较强地震作用过程中，梁、柱截面中的纵向受力钢筋可能处于交替拉、压状态下，根据试验结果，这时钢筋与其周围混凝土的粘结锚固性能将比单纯受拉时不利。因此，根据抗震等级的不同，应按照《混凝土结构设计规范》的要求计算抗震锚固长度和搭接长度，建议适当增大受拉钢筋的锚固长度和搭接长度。纵向受力钢筋连接接头的位置宜避开梁端箍筋加密区; 当无法避开时，应采用满足等强度要求的机械连接接头，且钢筋接头面积百分率不应超过50%。纵向受力钢筋搭接长度范围内箍筋应加密，其直径和肢距视搭接钢筋直径大小而不同。

（2）柱的抗震构造措施

①柱截面尺寸: 柱的平均剪应力太大，会使柱产生脆性的剪切破坏。平均压应力或轴压比太大会使柱产生混凝土压碎破坏，为了使柱有足够的延性，柱截面尺寸应符合以下要求:A、柱截面的宽度和高度，四级或不超过2层是不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层是不宜小于400mm；圆柱的直径，四级或不超过2层时不宜小于350mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于450mm。B、 柱截面长边与短边的边长比不宜大于3;。C、剪跨比宜大于2。