多层钢筋砼框架结构抗震设计要点

幸 鹏

（深圳市光明新区建筑工务和土地开发中心，广东 深圳 518107）

引言

多层钢筋砼框架结构是建筑中常用的一种结构形式，其优点为结构布置灵活、传力明确以及整体性和抗震性优良，在各类多层的民用建筑及工业建筑中均被广泛的采用。但早期的多层钢筋砼框架结构的抗震设计均有不足，在地震中表现出不同程度的破坏，文章中总结了其框架结构及部分构件破坏的具体情况，并进行了分析，提出了多层砼框架结构抗震设计需改进的要点，尤其对楼梯的建设进行了详细的分析，通过改进建议使整体框架结构处于更利于抗震和安全可靠的状态。

1 多层钢筋砼框架结构震害概况

与砖砌房屋或其他砖墙承重混合结构类型的建筑物相比，钢筋砼框架房屋在地震灾害中的损坏率较低。多层钢筋砼框架结构以其较大的延伸性和较好的整体性成为建筑型式中抗震性能良好的一种结构型式。在地震灾害中，钢筋砼框架结构震害情况如下。

1.1 震害中框架梁及其柱身与节点的破坏形式

震害中框架梁及其柱身与节点的破坏形式主要有，设计中如未考虑梁在地震时附加产生的弯矩和剪力可能会在发生地震时柱边竖向及斜向的裂缝，或者柱边梁底下钢筋锚固因设计中未考虑变号弯矩作用可能在震害中被拔出，以及加腋梁在变截面处发生竖向或斜向裂缝等情况。而框架柱的破坏主要形成在柱子两端，震害中偶遇剪力弯曲及压力等作用使砼破碎产生裂缝。一般角柱遭受破坏较重，受破坏框架柱子上端箍筋一般未采用加密措施。因地震中产生的双向偏心压力以及由填充墙带来的剪力等因素，角柱加固设施不够或受力计算不全，极易在地震中遭受破坏。另外一种在震害中常见的易遭受破坏的柱子是一类高宽比较小的柱子，其中以高宽比低于3的短柱情况较为严重[1]。

1.2 框架结构以及其他相关结构的破坏也是多层钢筋砼建筑在震害中出现的主要破坏

有抗震墙的框架结构房屋在震害中遭受损失较小，破坏程度较低，无抗震墙的框架结构房屋，底层若较为空旷且整体刚度不强，在首层柱的上下两端则会有较大的转动，震害中产生的危害也较大。装配式的钢筋砼框架结构在实践中有着良好的抗震性能，但地震中表现的装配式框架房屋的破坏产生在大梁或柱边的节点位置，应采取能够保证合理传力的构造及材料设施。框架结构顶部砖房的破坏也是震害加重的主要原因之一，多层框架顶部在地震中存在框架的摆动，顶部砖房受重大，易产生应力集中造成重大破坏。

1.3 填充墙及防震缝的破坏

填充墙在不同震级的作用中一般均会发生破裂与倒塌现象。多层钢筋砼框架房屋的填充墙在地震中分担了部分作用力，可减缓框架结构的压力，有一定的防倒塌作用[2]。在有抗震墙结构的房屋或框架中，填充墙受损程度会较轻。伸缩缝宽度较窄时，在地震中相近的多层钢筋砼框架结构建筑易发生相互碰撞造成严重破坏。

2 多层钢筋砼框架结构抗震设计分析

2.1 砼框架结构设计要点

在地震灾害研究中，遭受破坏较为严重的房屋多表现为强梁弱柱的建筑形式。在设计中抗震等级为二级或三级的构件，柱的配筋通常采用构造配筋，节点处梁的上皮钢筋受力。将梁支座负筋采用归并系数且进行一定程度的放大，易形成强梁弱柱这一易遭破坏的建筑特点。故在设计中应一定程度的加大柱子断面和配筋，将使用在楼板的一定宽度的配筋应用到梁上作为梁的配筋，减小归并系数使梁的刚度降低，确保建筑形式处于强柱弱梁，提高柱的延伸性，避免短柱的出现和其产生的脆性破坏[3]。

强剪弱弯的设计可控制梁柱的破坏形态，避免脆性的剪切破坏，使其发生较好的延伸性，降低弯曲破坏。梁较于柱的塑性屈服发生较早且较多，底层柱根的塑性铰形成的较晚，在建筑设计中不应集中在某一层而要依照其屈服顺序合理错开。为了确保抗震性能，相应的建筑规范中要求框架梁净跨长度和截面高度之比不在4以上，柱净高和截面变长之比不低于4。通过控制剪压比，可防止斜裂缝的出现，有效减轻砼的破裂程度，同时降低了箍筋的使用数量[4]。

节点的安全可靠性是梁柱稳定可靠发挥作用的重要前提，当结构中的节点区域承受的外力较为复杂时，易发生断裂或破坏，因此在框架结构的连接区域必须做到强锚固和强节点，对箍筋的设计使用是加强梁柱节点的重要途径，要保证节点不能出现脆性剪切破坏。

2.2 框架结构中楼梯的抗震设计与分析

楼梯是发生地震时重要的逃生通道，其合理的抗震设计具有重大的安全意义。砌体结构的楼梯间在地震中产生的破坏主要源自于与其连接的墙体，由于楼梯间自身的特点，与其连接的墙体量也比较多，构件也较为集中，受到的水平力也因其水平方向的刚度相对较大而增大，支撑力较弱，造成了楼梯间构造震害比较严重的情况。框架结构的楼梯间墙体为填充墙，填充墙的刚度较大，且框架结构刚度不能够均匀分布，框架承受的水平压力会随着楼梯间的刚度而增加，也极易产生破坏。

板式楼梯是楼梯的主要结构形式之一，其组成部分包括梯段板、平台梁及平台板。梯段板端负筋截断位置大多在 1/4～1/3处，该部位的受力筋数量相对较少，承受压力能力较差。在地震中，抗压能力较差的砼达到最大耐受限度时，受拉梯段板在其薄弱的位置出现裂缝，此时只有钢筋承受全部拉力[5]。钢筋数量的不足以及其受拉钢筋拉应力突变使钢筋较快的出现屈服状态，并且随着裂缝程度的增加而不断拉伸，在地震作用下往复伸屈，最终造成梯段板断裂。楼梯的平台板与平台梁与梯段板相接，受力情况较为复杂，地震中受到了空间弯矩、扭矩及剪力的共同作用。一般与框架相连的平台梁内力较大，损坏较为严重。剪跨比和轴压比是影响柱子延伸性的主要因素，依据剪跨比的不同可将柱子归为长柱、短柱和极短柱，短柱和极短柱的破坏均属于脆性剪切破坏，在楼梯框架结构中，按照抗震设计标准要尽量避免出现短柱，故楼梯梁不宜直接与框架柱现浇，以避免出现短柱，且在平台靠踏步处设梁，由梁两端设计建设构造柱，平台板外端不再设梁而梯段板外伸悬挑板避免短柱问题。

楼梯的结构设计中，楼梯间不宜设置在房屋端部转角，且不能凸出建设，砌体结构中避免窗洞开设过大而使整个结构的梁柱结构破坏，需要有可靠的锚固或者连接支撑楼梯间的非承重构件[6]。梯段板负筋要拉通，板厚度适当增加，实现双层钢筋配置，同时对于作为传递楼梯支撑作用的重要构件的楼梯平台也应实现双向双面配筋。平台梁适当增加横截面积缓解其在震害中易受的扭力作用，在梯段板的转角处，局部的对构造措施进行加强，在短柱框架中为防止过早的发生剪切性脆性破坏，对框架短柱可实施全高加密，或在柱身内配置一定数量的斜向钢筋[7]。

在楼梯的抗震设计中，其构造与主体结构脱离使楼梯不参与整体结构受力是降低地震中楼梯破坏的有效途径之一。楼梯构造受力与整体受力相脱离，梯柱弯矩剪力值显著降低，也降低了梯柱破坏程度，使作为竖向承重构件框架和重要通道的楼梯相对处于安全状态。

3 总结

建筑结构的抗震设计有着较早的起源，抗震理论也在不断的完善。多层钢筋砼框架结构相对于其他建筑结构表现出的较好的抗震性能也不断的得到了验证，但根据近年的地震灾害总结，多层钢筋砼框架结构在地震中依然有需要改进之处。根据实践总结，其结构中的梁柱设计强柱弱梁等要点使其更利于抗震和降低震害中的破坏。框架结构设计合理化与可靠度提高是在震害中保证人民财产生命安全的重要手段，也是要不断发展和研究的重要课题。

[1]王奇，马宝民.钢筋砼现浇楼梯对整体结构的影响[J].建筑结构，2002，32（4）:27-29.

[2]李国胜.多高层砼结构设计中疑难问题的处理及算例[M].北京:中国建筑工业出版社，2001.

[3]王国.楼梯间处短柱对框架结构抗震性能的影响[D].成都:西南交通大学，2008.

[4]闫魁.关于某工程楼梯间短柱问题的处理[M].山西建筑，2006，32（18） :34-39.

[5]王俊锋，王泽军.楼梯间和楼梯的抗震设计浅议[M].山西建筑，2009，35（3）.

[6]胡裕地.楼梯结构的震害分析和设计建议[J].科技视线，2009（4）:15-19.

[7]贾清霞，张煜.浅谈结构楼梯间与楼梯的震害[J].黑龙江科技信息，2009（7）.