提高板—柱结构抗震性能的措施

郭佳伟 苑志宇

(1.建研凯勃建设工程咨询有限公司，北京 100071； 2.哈尔滨铁路房建置业集团有限公司，黑龙江 哈尔滨 150001)

0 引言

板柱结构是由楼板和柱组成承重体系的结构，也叫无梁楼盖。板柱结构具有空间通畅简洁，平面布置灵活，能降低建筑物层高的优点，但抗侧力刚度弱，在地震作用下易发生节点冲切破坏，使得普通形式的板柱结构不能满足抗震要求，为提高板—柱结构的抗震性能，本文从抗侧刚度和弹塑性性能两个方面探讨了具体的改进措施。

1 增大抗侧刚度措施

板—柱结构的抗侧刚度较小，常因层间位移无法满足限值要求而影响其在抗震区的应用，所以增大结构抗侧刚度是提高板—柱结构抗震性能的有效手段之一。实际工程中，可通过增大板厚、柱截面或设置柱帽、托板等方式来增大板—柱结构的抗侧刚度。

1.1 增大板厚

当板厚从190 mm增大到240 mm时，对应于多遇、设防烈度、罕遇地震作用、形成出铰机制及结构倒塌5个加载阶段，板—柱结构的基底剪力增大7%～26%；顶点侧移减小23%～31%。

1.2 增大柱截面

当柱截面从600 mm×600 mm增大到750 mm×750 mm时，上述各加载阶段，板—柱结构的基底剪力增大17%～23%；顶点侧移减小8%～21%。

此外设置柱帽或托板也是增大抗侧刚度有效手段，由于设置柱帽及托板的板—柱结构在多高层结构中的应用不多，此处不进行深入探讨。

2 提高弹塑性性能措施

结构的抗侧刚度一定时，可通过改善结构的出铰机制，控制结构的塑性发展等方法来提高其弹塑性性能，从而提高板—柱结构的抗震性能。以下从底层柱纵筋配筋量，5层，6层柱纵筋配筋量，暗梁设置等方面进行探讨。

2.1 增加底层柱纵筋

随着结构进入塑性，结构底层位移在总位移中所占的比重逐渐增加，结构底层的塑性发展较快，设计中若增大底层柱纵筋的配筋量，可以减缓结构底层的塑性发展，提高板—柱结构的抗震性能。为了研究这种影响，本节将无边梁板—柱结构的底层柱纵筋配筋量增大50%，对比二者的抗震性能。增加配筋前后，板—柱结构的基底剪力—顶点侧移关系曲线如图1所示，图中SC为原结构，SCA为增加配筋后的新结构。

当顶点侧移小于100 mm时，两结构的基底剪力—顶点侧移关系曲线基本相同，随着结构进入塑性，两曲线差别逐渐明显。在不断增大的水平荷载作用下，两结构形成的出铰机制基本相同，形成出铰机制时，增加配筋后的板—柱结构基底剪力增大5.7%，顶点侧移减少6.4%，增加底层柱纵筋用量可以减缓结构底层的塑性发展，减小形成出铰机制时的结构侧移。对两结构进行时程分析可知，taft波激励下，二者形成出铰机制时所对应的地震波加速度峰值分别为700 cm/s2和720 cm/s2，增加底层柱纵筋用量后，地震波加速度峰值略有增加。

2.2 增加5层，6层柱纵筋

研究板—柱结构的出铰机制时发现，往往在5层柱顶全部形成塑性铰后，板—柱结构形成1层～5层的多层柱铰机制，此时6层等代梁尚未全部出铰，如图2a))，增大5，6层柱纵筋配筋量，可使结构的出铰机制更为合理，从而提高其抗震性能。为了研究这种影响，本节将无边梁板—柱结构的5层，6层柱纵筋配筋量增大50%，对比二者的抗震性能。

增加配筋后，两结构的基底剪力—顶点侧移关系曲线基本相同，多遇及罕遇地震作用下的结构响应也比较接近；结构的出铰机制由1层～5层的多层柱铰机制改变为1层～6层的混合机制，如图2b)所示，由于内等代框架和边等代框架的出铰情况比较接近，仅给出内等代框架所形成的出铰机制。此时，增加配筋后的结构基底剪力增大1.3%，顶点侧移增加2.7%。对两结构进行时程分析可知，taft波激励下，二者形成出铰机制时所对应的地震波加速度峰值分别为700 cm/s2和760 cm/s2，增加5层，6层柱的纵筋用量后，地震波加速度峰值增大。

2.3 将板纵筋布置成暗梁

在柱上板带中设置构造暗梁，可增强板—柱结构的整体性，提高其抗震性能。为了研究暗梁对板柱结构抗震性能的影响，对设置暗梁的板—柱结构(SC)及未设置暗梁的板—柱结构(SCN)进行对比分析。暗梁宽度取柱宽及柱两侧各1.5倍板厚之和，暗梁上部及下部钢筋面积均取柱上板带钢筋面积的50%(此钢筋作为柱上板带钢筋的一部分)。两结构的基底剪力—顶点侧移关系曲线如图3所示。

当水平荷载较小时，两曲线基本重合，随着结构屈服，设置构造暗梁的板—柱结构表现出更好的抗震性能。形成出铰机制时，设置构造暗梁的结构基底剪力增大16.9%，顶点侧移增大15.1%，设置构造暗梁使结构的抗侧刚度增大，耗能能力增强。对两结构进行时程分析可知，taft波激励下，二者形成出铰机制时所对应的地震波加速度峰值分别为660 cm/s2和700 cm/s2，设置构造暗梁后，地震波加速度峰值增大。

3 结语

在板—柱结构中，通过增大抗侧刚度和提高弹塑性性能，可以有效的提高抗震性能。增大抗侧刚度的具体措施为增大板厚及增大柱截面；提高弹塑性性能的具体措施为增加底层柱纵筋；增加5层,6层柱纵筋；将板纵筋布置成暗梁。