浅谈框架结构抗震设计要点分析

史卫平

摘 要：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。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，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。

关键词：框架；结构；抗震；

1、框架結构抗震设计的一般原则

1）强柱弱梁

强柱弱梁是为了实现在罕遇地震作用下，使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。由于地震作用的复杂性以及构件之间的相互影响，难以通过精确的计算实现强柱弱梁。规范要求，采用增大柱端弯矩设计值，即提高柱端的弯矩增大系数的方法来实现强柱弱梁。人为增大柱子相对于梁的抗弯能力，诱导在梁端出现塑性铰，从而达到强柱弱梁的要求。实现强柱弱梁不仅在于内力调整，更在于按调整后的设计内力来配筋，使构件

的实际承载力与设计内力相近。当建筑许可时，尽可能将柱的截面尺寸做得大些，使柱的线刚度与梁的线刚度的比值尽可能大于 1，并控制柱的轴压比满足规范要求，以增加延性。梁端纵向受拉钢筋的配筋不得过高，并应考虑板内负筋影响，考虑双筋作用，以免在罕遇地震中进入屈服阶段不能形成塑性铰或塑性铰转移到柱上。注意不可随意超配筋，超配筋要整体保持一定比例。注意节点构造，让塑性铰向梁跨内移。

2）强剪弱弯

使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求，用以改善构件自身的抗震性能。强剪弱弯是保证构件延性，防止脆性破坏的重要原则，它要求人为加大各承重构件相对于其抗弯能力的抗剪承载力，使这些部位在结构经历罕遇地震的过程中以足够的保证率不出现脆性剪切失效。对于框架结构中的框架梁应注意抗剪验算和构造，使其满足相关规范要求。应合理选择梁柱截面尺寸、配置纵向钢筋和箍筋，避免剪切破坏先于弯曲破坏、混

凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋锚固粘结先于构件破坏。适当增加抵抗剪切力的钢筋可以有效防止梁、柱在弯曲屈服之前出现剪切破坏。考虑地震力引起的剪力方向性，不能采用弯筋抗剪，箍筋提高抗剪承载力的同时，会对压区混凝土形成环向约束，提高其抗压承载力和截面延性。

3）强节点弱构件

这是为了提高结构整体性。各构件之间的连接，必须可靠，符合下列要求： 构件节点（ 主要是梁柱节点） 的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力，装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。强节点弱构件是通过增大节点核心区的组合剪力设计值进行计算。一、二、三级抗震等级的框架进行节点核心区抗震受剪承载力计算； 四级抗震等级的框架节点核心区可不进行计算，但应符合抗震构造措施的要求。

2、框架结构抗震设计要点

2. 1改善框架的抗震能力对框架结构的角柱进行强化。角柱是连接横纵框架的关键，要增加框架结构的整体性，就需要增强角柱的抗剪能力。在外围框架的平面内，设计一定数量的钢筋混凝土墙板，这样可以有效克服框架剪力滞后的情况，提高框架结构的整体性和抵抗推力的刚度，减少整体结构的侧向移动，特别是层间的位移。但是，该结构的延性较差，如果人为地使之出现结构薄弱部位，形成延性的耗能墙板，则更加有效。

在结构中，通过增加偏交斜撑等多余的构件，用弯曲耗能的形式来代替轴变的耗能形式，可以利用钢纤维混凝土杆来制造折曲支撑，刚心连接支撑，一般采用钢杆或者劲性钢筋混凝土杆构成。在强烈的地震中，可以利用这些赘余的杆件来实现先行屈服和形变消耗地震能量。当这些多余的构件因为形变而失去作用后，整体结构会发生稳定体系的变化，进而诱发建筑自振周期的改变，可以有效避免地震造成的建筑物的共振效应。

2. 2改善建筑的整体抗震能力

设计中，可采用机构控制达成总体屈服效果。在框架结构中的特定位置设置一定数量的塑性铰，

实现对塑性铰发生位置和形变程度的控制，使结构在地震时形成较好的耗能机构。在水平力的作用中，水平的构件比竖向的构件更先屈服，可平衡结构刚度和承载能力。在框架结构中，体积增大，刚度也会随之增加。但会使得结构的自振周期变小，总体水平地震作用加大。反之，结构的刚度就会减小，地震力的作用也就变小。

2. 3基础设计注意事项

在选择地基基础方案时，应从安全、合理和经济等角度出发，充分利用地基土的承载力，尽量采用天然地基上的浅基础。当浅层土质无法满足强度、变形、稳定性要求时，可采用深基础方案。

设计时应注意： 选择合适的基础埋深； 合理的基础形式； 适当的基础底面积，减少基础偏心； 地基承载力和刚度要与上部框架结构的承载力和刚度相适应。底层内隔墙一般不用做基础，可将地面的混凝土垫层局部加厚。

2. 4结构构造要求

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应大于 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，为了防止压筋过早压曲，应严格遵照《抗震设计规范》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。

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：柱截面的宽度和高度均不宜小于 300mm，圆柱直径不宜小于350mm； 柱截面长边与短边的边长比不宜大于 3； 剪跨比宜大于 2；2） 柱的轴压比： 限制框架柱的轴压比主要为了保证框架结构的延性要求。试验证明，受压构件的位移延性随轴压力增加而减小。为满足框架柱在地震作用组合下位移延性的要求，根据抗震等级不同，《建筑抗震设计规范》对轴压比限值进行了规定，抗震等级一级为0.65，二级为0.75，三级为0.85； 建造于 IV 类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值还应适当减小。不论采取何种约束措施，柱的轴压比都不应大于 1.05；3） 柱纵向钢筋的配置： 柱中纵向钢筋宜对称配置： 截面尺寸大于 400mm 的柱，纵向钢筋间距不宜大于 200mm： 柱总配筋率不应大于 5%； 为了保证柱有足够的延性，柱纵向钢筋最小配筋率必须满足规范要求。柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。纵向钢筋的接头，一级应采用焊接接头；二级宜采用焊接接头，而底层柱根应焊接； 三级可采用搭接，而底层柱根宜焊接； 直径大干 32mm 的钢筋必须采用焊接。在纵向钢筋搭接区段内宜加密箍筋，防止纵向钢筋的压曲，增加粘结强度，箍筋的直径和肢距视搭接钢筋直径大小而不同；4） 柱的箍筋： 在地震力的反复作用下，柱端钢筋保护层往往首先碎落，这时，若无足够的箍筋约束，纵筋就会向外膨出，柱端破坏。箍筋对柱的核心混凝土起着有效的约束作用，提高配箍率可以显著提高受压混凝土的极限压应变，从而有效增加柱的延性。柱截面短边尺寸大于 400mm 且各边纵向钢筋多于 3 根，或短边尺寸不大于 400mm 但各边纵向钢筋多于 4根时，应设置复合箍筋。

3、结论

总之，框架结构虽然是抗震不利结构形式，但在多层和中高层建筑中应用非常广泛，为避免地震时给人类带来大的灾难，要求结构设计人员能正确运用框架结构抗震概念设计，克服框架结构的弊端，运用科学有效的手段，确保建筑结构安全，从而实现建筑使用功能。