钢筋混凝土结构抗震设计

张维维 胡奇豹 张贻荣

【摘要】据统计，我国的国土面积在世界排名第三，土地辽阔，涵盖多种地貌，时常发生强弱不等的地震，同时我国又是人口大国，即使在如此辽阔的领土上，人口密度也是相当可观。因此，建筑的抗震性能成为了人们的关注点。混凝土框架结构作为当代建筑不可或缺的一种建筑形式，其抗震性能在不断地被研究和改善。本文简要的介绍了混凝土框架的结构设计和抗震设计。

【关键词】混凝土框架；框架结构设计；抗震设计

1、混凝土框架结构的设计

1.1框架梁的设计

“上梁不正下梁歪”有着一定的建筑意义，框架梁、柱中心线必须重合才能保证框架的稳定性。当发现框架梁、柱中心线不重合时，设计人员应从以下几个方面考虑：第一，梁、柱偏离中心对受力节点及连接方式的不良影响；第二，框架梁重量对柱子的影响。当梁柱的中心偏移距离大于偏移方向柱宽的1/4时，应该采取相应措施进行加固。另外，通过在现场整体浇筑的楼盖方式可以降低扭转引起的不利影响。设计师在设计框架梁时应该考虑框架梁端部与钢筋接触产生的压力，用相关公式计算梁端受压区高度。

1.2框架柱的设计

设计师在设计框架柱时可以参照《建筑抗震设计规范》的相关内容，降低框架柱的轴压比以确保框架结构的延展性。建筑过程中经常使用箍筋对框架柱进行约束，这样就能提高框架柱混凝土的抗压强度，确保框架结构的延展性。在进行抗震设计时，框架角柱的设计需要在正截面上，根据相应构件所受承载力进行设计。

1.3楼、屋盖的设计

如今现场整体浇筑的楼盖结构得到了建筑行业的青睐。现场整体浇筑的楼盖混凝土强度等级要求尽量不要低于C20，也不要高于C40。钢筋要尽量采用高强度等级，一般采用直径8mm至12mm的受力钢筋。板厚与钢筋间距也有一定的关系：当板厚不大于15cm时钢筋间距不大于20cm；当板厚大于15cm时钢筋间距不大于1.5倍板厚，且不宜大于25cm。分布筋的截面积容易受到集中荷载和温度的影响，集中荷载增大或温度影响增大时，分布筋的截面积应适当增加，且间距应适当减小，且其间距不宜大于20cm。在考虑顶层抗裂问题时，应保证板上筋不断或部分交错，拉通筋均按受力位置的分布来搭接主体钢筋。

1.4 填充墙和隔墙

在混凝土框架结构中，填充墙和隔墙是必不可少的部分，它们经常是轻质墙体。过梁大多数采用现浇梁带，只有极少数采用预制混凝土过梁。设计师在设计填充墙和隔墙时要标注清楚使用的填充墙和隔墙的制作方法和相应图样。当过梁与柱搭接在一起时，应遵循柱甩筋，过梁现浇的规律。在增加抗震功能的要求时，砌体填充墙的布置也有一定的规律：首先，填充墙的上、下层刚度保持一致或类似，尽量降低抗侧刚度偏心引起的扭转问题发生概率；其次，砌体填充墙和隔墙虽然有一定的自身稳定性，但仍需采取一定措施保证它们的稳定性。电梯井壁的四角需要加构造柱来保证其安全性和稳定性，楼层较高的建筑可以在电梯井壁门洞上方位置增加圈梁。

2、混凝土框架结构的抗震設计

2.1构造措施要加强

建筑物大多采用钢筋混凝土结构，最重要的是要保证其构造措施。第一，构造措施要与时俱进、不断改善，不能故步自封，尤其是在建筑行业突飞猛进的当今社会，过去的结构措施对现今建筑行业已经不适用了，例如2001年版的结构措施规范已经废止，现行的结构措施规范为2010年版。第二，自改革开放以来，我国的综合实力不断提高，国民生产总值也不断发展，人们对结构措施提出了更高的要求，结构措施要加强就应运而生。第三，构造措施决定了未来建筑的使用寿命和安全系数，所以要严格遵守相关的规定指标。要想加强结构措施，就要在以下几个方面进行加强：首先，就框架结构的楼梯间设计举例来说，楼梯间的框架柱属于抗震设计重点部位，它的长短取决于楼梯平台框架梁与框架柱连接关系，如果所在的框架柱是短柱，那就要对框架柱箍筋的全高加密。其次，框架结构长度应符合相关规定，如果框架结构长度稍微超过规定长度而建筑设计又不允许设置缝隙时，就应采取相应措施来补救。结构设计师在设计钢筋混凝土结构框架时，不能仅考虑强度因素，还要考虑框架结构有一定的抗震能力，提高建筑的安全系数。

2.2 构造措施的研究

构造措施包括梁的构造措施、柱的构造措施、节点构造措施和剪力墙的构造措施，这些结构措施的研究需满足塑性转动与耗能能力。以下是上述四种结构措施的简要分析：

（1）梁的抗震构造措施。影响梁塑性铰截面延伸性的因素有多种，故梁的构造措施有相关的规范标准，例如梁的受压区高度和有效高度之比一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。

（2）柱的抗震构造措施。柱属于压弯型受力构件，柱的轴压比要符合相关规范，否则会影响到柱的塑形变形能力和框架的抗倒塌能力。中柱、边柱的柱纵筋配筋率在一级抗震要求为0.9%，二级为0.7%，三级为0.6%，四级为0.5%。柱截面的宽度和高度，四级或不超过2层时不宜小于300mm，一、二、三级且超过2层时不宜小于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。只有当柱子的各项参数符合相关规范时才能保证柱的质量，增大结构的整体抗震性能。

（3）节点的抗震构造措施。节点作为框架梁、柱钢筋的锚固部分，对建筑结构抗震性能起着很大的作用。如果发生地震时，节点核心区的剪压比较低，就无法发挥建筑的抗震能力。通过为节点核心区提供相应约束，可以很大程度的提高建筑的抗震能力。一、二、三级框架的节点核心区应进行抗震验算。

（4）剪力墙的抗震构造措施。剪力墙的边缘构件有着相关标准，只要剪力墙的边缘构件符合标准就能提高其抗震能力，即使发生地震都不会产生大的裂缝。此外剪力墙的墙肢轴压比一级为0.5，二、三级为0.6，抗震墙的厚度，一、二级不应小于160mm且宜小于层高或无支长度的1/20，三、四级不应小于140mm且不宜小于层高或无支长度的1/25；无端柱或翼墙时，一、二级不宜小于层高或无支长度的1/16，三、级不宜小于层高或无支长度的1/20。合理控制好轴压比及设置边缘构件就能提高剪力墙的抗震能力。

2.3 加大底层柱截面及提高混凝土强度等级

只有底盘稳才能保证结构的整体稳定性，这里的底盘可以通过加大底层柱截面来实现。此外，加强混凝土的强度等级可以提高建筑物的抗震能力。综上可得加大混凝土框架底层柱截面和提高混凝土强度等级这两种方法，均能通过提高承载能力的形式来提高建筑物的抗震能力，也是相对简单，容易实现的措施。

2.4 控制底层柱的高度

地下停车库的层高可以通过底层柱的高度来确定。底层柱高度越低，底层的侧向刚度就越高，整体结构的侧移变形也就越小，抗震性能越好。这也是只有底盘稳才能保证结构整体稳定性的体现。

结语：

在建筑领域，安全始终是第一要求。这不仅仅是对建筑行业的负责，更是对业主的承诺。努力提高建筑物质量，增强其抗震性能，无论何时都是建筑设计师需要研究和改善的问题，建筑行业在国内的发展仍任重道远。

参考文献：

[1]肖桂清.建筑结构抗震设计的若干对策及改进建议[D].武汉大学，2004.

[2]程新俊.框架结构的时变易损性和全寿命费用研究[D].广州大学，2014.

[3]于晓辉.钢筋混凝土框架结构的整体概率抗震能力分析[D].哈尔滨工业大学，2007.