钢筋混凝土框架结构基于抗震理念的设计分析

温丛格王 曼赵小强

（1郑州科技学院 河南 郑州 450064 2中化二建集团有限公司 山西 太原 030021）

钢筋混凝土框架结构基于抗震理念的设计分析

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（1郑州科技学院 河南 郑州 450064 2中化二建集团有限公司 山西 太原 030021）

钢筋混凝土框架结构是建筑工程中的一种重要的结构形式，本文阐释了框架结构的定义和特点，对地震作用对框架结构的破坏形式进行分析，结合抗震设计的理念，提出框架结构设计的要点，为提升框架结构设计的实践水平提供参考。

框架结构 设计 分析

引言

随着社会的发展、我国工业化城市化进程不断加快，如何提高建筑的安全性和抗震性仍是一个热门话题。特别是近几年来，我国地震灾害频发，地震对建筑物的破坏及人们的生命财产安全所造成的伤害极大，人们希望通过不断更新设计思路，在结构设计过程中充分考虑抗震设计来避免震害发生的愿望也愈加强烈[1]。钢筋混凝土框架结构凭其独特的优势在建筑工程中充当着重要的角色，常用于大跨度的公共建筑、多层工业厂房和一些特殊用途的建筑物中，如商场、火车站、展览厅、停车场、住宅楼等，因此基于抗震设计理念的框架结构设计的研究具有重要的实践意义。

1 框架结构的定义和特点

框架结构是指由梁和柱以刚接或铰接连接而成的承重结构体系，使用过程中出现的水平荷载和竖向荷载由梁和柱组成框架共同抵抗。结构的房屋墙体仅起到维护和分隔作用而不承重。该结构施工成本相对合理，施工企业可以对工程造价进行有效控制，在保证质量的同时适当降低工程施工的成本，具有较好的经济型。框架结构设计、平面布置灵活、容易形成较大建筑空间，可满足业主不同的需求。同时还可以对建筑空间面积进行一定程度的扩展，大大提高建筑空间的利用率，使建筑物的内部结构布局更加和谐，大大提高建筑物的质量和功能。

2 地震作用对框架结构的破坏分析

框架结构房屋超过一定高度后，其侧向刚度将会显著减小，在地震或风荷载作用下其侧向位移较大，所以框架结构设计时层数不宜过多。框架梁、柱的震害主要反映在梁柱节点处。柱的震害重于梁，柱顶震害重于柱底，角柱震害重于内柱，短柱震害重于一般柱子[2]。在地震作用时柱顶周围有水平裂缝、斜裂缝或者交叉裂缝。重者混凝土压碎崩落，柱内箍筋拉断，纵筋压曲呈灯笼状，上部梁板倾斜。这种破坏作用的得主要原因是由于节点处的弯矩、剪力、轴力都比较大，柱的箍筋配置不足或锚固不好，在弯矩、剪力、压力共同作用下，使箍筋失效造成的。破坏后期很难修复，主要出现在高烈度地区。柱的底部常见的震害是在离地面或楼面100-400mm处有环向的水平裂缝，其受力情况虽与柱顶相似，但往往柱底箍筋较密，故震害较轻。短柱当有错层、夹层、或有半高的填充墙，或不适当的设置某些连系梁时，容易形成柱高与柱截面边长比H/b＜4的短柱，一方面短柱能吸收较大的地震剪力，另一方面短柱经常发生剪切破坏，形成交叉裂缝乃至脆断。节点梁柱节点区的破坏大都是因为节点区无箍筋或少箍筋，在剪、压作用下混凝土出现斜裂缝甚至挤压破碎，纵向钢筋压曲成灯笼状。角柱房屋不可避免地要发生扭转，因此角柱受剪力较大，同时角柱又受有双向弯矩作用，其约束又较其它柱小，所以震害重于内柱。

3 框架结构设计要点

3.1 注重抗震的设计理念

建筑的抗震性能是衡量建筑物质量的一个重要指标，《建筑抗震设计规范》规定抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计，满足 “小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防三水准要求[3]。小震不坏要求建筑结构在多遇地震作用下满足承载力极限状态和建筑结构的弹性变形不超过规定的限值，能保障人们的生产、生活等各项社会活动的正常进行。中震可修要求建筑结构不会发生不能修复的脆性破坏，具有一定的变形能力，保障人的生命安全和经济损失最小化。大震不倒要求结构具有足够的变形能力，强烈的地震作用时弹塑性变形不超过规定限值即避免倒塌，保障生命的安全。

3.2 结构材料性能指标符合要求

钢筋、混凝土是钢筋混凝土框架结构中的两种重要材料，钢筋受拉、混凝土受压，只有二者发挥各自的优势才能更好地抵抗各种复杂荷载的作用。抗震设计要求建筑物具有足够的承载力、刚度和稳定性。因此结构材料的性能应符合相应抗震等级的要求，《建筑抗震设计规范》规定框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核芯区，混凝土的等级不应低于C30,构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20。在抗震等级为一、二、三级的框架结构中，当纵向受力钢筋采用普通钢筋时，为了保证当构件某个部位出现塑性铰以后，塑性铰处有足够的转动能力与耗能能力，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；为在抗震设计中实现强柱弱梁，强剪弱弯内力调整提供的必要条件[4]，钢筋的屈服强度实测值与屈服强度标准值的比值不应大于1.3，为使钢筋具有较好的延性钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。

3.3 设计尽量避免使用短柱

在结构设计中，应尽量避免形成短柱，因为在地震中出现，短柱最容易先发生以剪切变形为主的脆性破坏。如果框架结构中出现短柱时，要从增强短柱的承载力以及缩小短柱的截面入手，采取各种有效地措施提高短柱的延性，从而提高短柱的抗震性能，例如可采用复合箍筋，将箍筋沿着全高进行加密，并确保短柱的纵向钢筋能对称布置。

3.4 优化框架结构体系

为避免建筑物的局部毁坏影响整体的结构，有必要进行抗震系统的优化，将框架结构与其他结构结合，使得抗震系统形成多道防线，增强抗震效果，例如框架-抗震墙结构、框架-筒体结构。对于有明显薄弱层的结构应采用相应的抗震构造措施来提高其抗震能力。

3.5 利用相关软件进行结构抗震分析

结构进行初步设计时，建立不同受力结构模型，对结构模型简化与处理，用相关软件严格按照《抗震规范》及有关标准的规定对结构在多遇地震作用下的内力和变形进行分析，模拟结构在地震作用下的实际工作状况，所有软件计算结果进行分析比较，经分析判断确认其合理、有效后再用于工程设计，可以事先预知结构抗震设计中的不足，大大提高结构的安全性。

4 结语

随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化，建筑工程的设计思路也在不断更新。在建筑结构设计中融入抗震设计，是目前结构设计尤为重要的。建筑结构设计与抗震设计有着密不可分的联系。设计者应更好的把握好钢筋混凝土框架结构设计的要点，严格按照相关要求和规范进行设计。将抗震设计的理念融入到结构设计之中，提高建筑物的稳固性，最终提高建筑整体质量。

[1]周少伟.多层混凝土框架结构设计中的关键问题及对策[J].山西建筑,2016,42(5)∶50-51.

[2]郭继武.建筑抗震设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.11

[3]中华人民共和国住房和城市建设部主编，混凝土结构设计规范(GB50010-2010),北京∶中国建筑工业出版社,2010

[4]叶列平,马千里,繆志伟.钢筋混凝土框架结构强柱弱梁设计方法的研究[J].工程力学,2010,27(12)∶102-113

TU528.571

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1007-6344（2017）01-0349-01

温丛格（1987-），女，河南周口人，郑州科技学院教师，助教，硕士，主要从事土木工程方向研究。