现浇楼板对钢筋混凝土框架结构在地震作用下破坏形式的影响

李濑

摘 要：根据中国地震台网数据，2016年，全球3级及以上地震918起，其中，6.0级以上地震118起。这种频繁的地壳活动对地面建筑物造成极大的影响，一旦震源处于近地表，极易引发房屋倒塌、地面塌陷和山体滑坡等事故，造成严重的经济损失和人身伤亡，如1976年的唐山地震，2008年的汶川地震，2010年的玉树地震等。根据分析，房屋倒塌导致的人员伤亡和经济损失占到87.5%，所以，对建筑结构的抗震性能进行分析是极为必要的。当下，建筑的主要结构形式为钢筋混凝土框架结构，应该对其在地震作用下的破坏形式展示分析，进而采取针对性的抗震措施。鉴于此，本文就现浇楼板对钢筋混凝土框架结构在地震作用下破坏形式的影响展开论述。

关键词：现浇楼板；钢筋混凝土框架结果；地震破坏

中图分类号： TU94 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）05-64-2

0 引言

众所周知，中国处于环太平洋、欧亚板块和印度洋板块的交接区域，地壳活动频繁，属于多震国家，对建筑物的抗震要求极高。近些年，随着社会的发展和城镇化进程的持续推进，钢筋混凝土框架结构的应用日渐普遍，成为主要的建筑结构形式。这促使人们加强对该结构形式抗震性能的研究，探索钢筋混凝土框架结构在地震作用下的破坏形式和影响因素，借此制定针对性的抗震措施，提升建筑物的抗震性能，更好地保护人民群众的生命和财产安全。

1 钢筋混凝土框架结构在地震作用下的破坏形式

1.1 总体屈服机制

顾名思义，总体屈服机制就是框架整体发生塑形变形，这要求框架柱端的抗弯承载力要大于梁端的抗弯承载力。在地震作用下，建筑物表现为框架的梁端发生塑形形变，吸收大部分的地震能量，柱端仅吸收少量的地震能量，从而发挥柱体对建筑物的支撑作用，避免建筑物的完全垮塌，这就是所谓的“强柱弱梁”[1]，是较为理想的抗震形式，能够较好的降低因建筑物垮塌造成的损失，为震后救援提供便利。

1.2 楼层屈服机制

所谓楼层屈服机制是指柱端的抗弯承载力小于框架梁端的抗弯承载力，一旦地震发生，框架的柱端首先发生形变，导致柱体遭受破坏，失去对建筑物整体的承载力，造成楼层垮塌[2]。该种破坏形式使得建筑物的空间结构发生彻底改变，人员和财物等被掩埋于废墟当中，造成严重的人员伤亡和财产损失，而且不利于震后搜救，是建筑物应该竭力避免的。

2 钢筋混凝土框架结构的“强梁弱柱”的产生原因分析

在现行的建筑抗震规范中，要求建筑物必须采取“强柱弱梁”设计，即保证框架柱端的抗弯承载力要大于框架梁端的抗弯承载力。然而，对近些年震后建筑的分析发现，多数的钢筋混凝土框架结构建筑呈现“强梁弱柱”的特点，造成严重的人员和经济损失。其主要的原因如下：

2.1 忽略现浇楼板对框架梁的力学增强作用

为了保证建筑物的抗震性能，在建筑物的结构设计时，都会有意识地削弱框架梁的抗弯承载力，形成框架梁端抗弯承载力低于柱端抗弯承载力的情况，从而确保建筑物在地震中能够呈现总体屈服，不会发生整体性垮塌。然而，设计中对于现浇楼板的力学增强作用有所忽略，仅考虑L形梁和T形梁受到现浇楼楼板的影响，对其他形式及位置的影响未加考虑，导致钢筋混凝土框架结构的梁的抗弯承载力要高于设计值，造成框架梁“超强”的情况[3]，导致建筑物的框架出现“强梁弱柱”，地震发生时形成楼层屈服情况，造成建筑物整体垮塌。

2.2 框架结构柱体的轴压比选择不当

一般情况下，建筑物的柱体应该具备足够的力学强度，能够较好的抵御地震作用。然而，实际的设计过程中，出于美观和降低成本的考虑，多数钢筋混凝土框架结构的柱体截面偏小，导致柱体的轴压比处于较高水平[4]，一旦发生地震，柱体将无法抵御更大的轴力，极易造成柱体破坏，造成建筑物的垮塌。这是当前建筑物设计中普遍存在的问题，应该引起相关设计人员的重视，根据房屋的抗震等级和区域范围内的地震可能性进行合理设计，预留出充足的提升空间抵御地震造成的轴力增加问题。

2.3 未充分考虑填充墙等围护结构对框架柱体的影响

总体来说，围护结构主要是指建筑物的外墙、门窗等，是构成建筑物封闭空间的重要构件。在建筑物设计中，对此类围护结构仅仅考虑其对框架结构的重力影响，未考虑填充墙等围护结构对柱体造成的剪切影响，影响柱体力学作用的发挥，成为地震中柱体破坏的重要原因之一。

3 影响现浇楼板对框架梁力学增强作用的主要因素

综上可知，现浇楼板对框架梁的力学增强作用是导致钢筋混凝土框架结构出现“强梁弱柱”情况的主要原因，所以，应该对影响其力学增强作用的主要因素进行分析，为降低此类影响提供方向参考。

3.1 节点类型和横向梁刚度

钢筋混凝土框架结构的框架梁的抗弯作用主要借助作用于横向梁上的弯矩实现，而弯矩的大小与横向梁受到的垂向拉应力呈正比，所以，要想分析节点类型对框架梁抗弯承载力的影响就需要分析不同类型的节点对横向梁产生的垂向拉应力的大小。当前的钢筋混凝土框架结构中，节点类型分为两类，一是内节点，即横向梁两次都有现浇楼板；二是外节点，横向梁仅有一侧存在现浇楼板。就内节点而言，两侧的现浇楼板同时对横向梁产生力的作用，导致横向梁受力发生部分抵销，无形中降低了垂向拉应力的大小，导致横向梁的抗弯增强效果相当较低，即便如此，其强度提升效果也能够达到17%以上；对于外节点来说，所以的力都施加于横向梁之上，导致其抗弯能力增强，根据French的测试，可以达到25%以上。[5]由此可见，现浇楼板对框架梁的力学增强作用的影响时极为显著的，设计时应该注意。

3.2 楼板内的钢筋

在钢筋混凝土框架结构中，受到现浇楼板的力学作用影响，建筑物会发生结构侧移的情况，隨着侧移值的增加，现浇楼板对框架梁的力学增强作用更为显著，导致板内钢筋部分或全部参与到力学增强当中。根据实验测定，楼板内的钢筋能够提升框架梁的抗弯能力20%-30%，特殊情况下，甚至能够达到100%以上。所以，应该充分考虑楼板内的钢筋对框架梁的影响，通过力学换算将框架梁转化为L形梁或T形梁进行设计计算，从而确保框架梁的力学计算值与实际值相符，能够形成“强柱弱梁”的建筑结构，有效抵御地震作用。

3.3 楼板的有效宽度

在实际的建筑中，楼板内钢筋的应力并非均匀分布的，而是以曲线的形式分布，随着距离的增加，其参与程度大幅降低。所以，在设计中，当距离超过一定范围时，可以忽略现浇楼板对框架梁的影响，即将现浇楼板进行力学简化，仅考虑楼板的有效宽度。而楼板有效宽度的取值在不同的震级下有所区域。在小震作用下，可以根据材料弹性阶段的有效宽度进行取值和设计；在中震、大震作用下，则需要根据弹塑性阶段的有效宽度值进行计算和设计，如此方能满足钢筋混凝土框架结构“强柱弱梁”的设计要求。

4 降低现浇楼板对钢筋混凝土框架结构抗震性能影响的具体措施

4.1 适当降低现浇楼板的厚度

过厚的现浇楼板对框架梁产生较强的束缚，导致框架梁的塑性铰形成不充分，影响建筑物“强柱弱梁”结构的形成，导致结构的延性降低，在地震作用下更容易发生整体性破坏。所以，应该适当降低现浇楼板的厚度。

4.2 合理选择楼板的有效宽度

应该对楼板进行科学的力学分析和仿真模拟，探索其在不同震级下对建筑结构的影响，进而根据材料特性进行楼板宽度的选择，确保建筑结构能够有效抵御地震的侵袭，保持结构的相对完整性。

4.3 增大柱端弯矩

当前的建筑物抗震规范中规定：梁与柱的抗弯承载力的比值应该未出在1.1-1.7之间。然而，由于现浇楼板的影响，框架梁的抗弯承载力要大于设计值。所以，进行建筑结构设计时，可以适当增大柱端的弯矩，提升柱体的抗弯承载力，从而抵消现浇楼板对框架梁的力学增强效果，维持建筑的“强柱弱梁”结构。

5 结束语

总体而言，钢筋混凝土框架结构抗震能力的提升应该围绕“强柱弱梁”开展，针对现浇楼板对框架梁的力学增强作用，可以通过合理选择现浇楼板的尺寸，提升框架柱端的弯矩等形式给予削弱或抵销，维持建筑的“强柱弱梁”结构。

参 考 文 献

[1] 杨迎春，杨智良，邱磊.现浇楼板对RC框架结构破坏模式影响的有限元分析[J].合肥学院学报（自科版），2012，22（1）：54-56.

[2] 张昊宇，王涛，林旭川，等.尼泊尔8.1级地震钢筋混凝土框架典型震害及讨论[J].工程力学，2016，33（9）：59-68.

[3] 吴泽家，刘胜光.对钢筋混凝土框架结构地震倒塌破坏研究[J].工程技术（引文版），2015（26）：294.

[4] 劉伯权，付国.钢筋混凝土框架结构抗地震倒塌破坏的研究现状与对策分析[J].建筑科学与工程学报，2013，30（4）：1-13.