关于现浇钢筋混凝土框架结构抗震性能的思考

【摘要】现浇钢筋混凝土框架结构作为一种常见的结构形式，由于其具有使用空间可以灵活分隔、可实现建筑大空间的功能需求、自重轻、施工方便等优点而深受广大设计师和业主单位的喜爱，在大型商业，仓储，学校，宿舍，办公等建筑类型中得到了广泛的应用。但是部分现浇钢筋混凝土框架结构在历次的地震中的抗震性能表现却不尽如人意。本文将从设计出发分析影响现浇钢筋混凝土框架结构抗震性能的多种因素，希望能对其抗震性能的提高起到积极的作用。

【关键词】抗震设计；框架结构；延性；概念设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 11.070

地震作为一种自然灾害，给人类的生命财产安全带来了严重的威胁。从目前已有的地震记录来看，每次大的地震发生时都会造成大样房屋的倒塌，导致大量的人员伤亡和巨额的经济损失。现浇钢筋混凝土框架结构（后文中均简称框架结构）作为一种常见的结构形式，由于其具有使用空间可以灵活分隔、可实现建筑大空间的功能需求、自重轻、结构计算分析理论承受，施工方便等优点而深受广大设计师和业主单位的喜爱，在大型商业，仓储，学校，宿舍，办公等建筑类型中得到了广泛的应用。但根据国内近些年唐山、汶川、玉树等地区地震的震害调查表明：部分框架结构在地震中的抗震性能表现却不尽如人意，出现了很多底层框架柱破坏引起房屋整体坍塌，局部框架柱柱脚破坏引起房屋局部倒塌的情况。影响框架结构抗震性能表现的因素有很多，主要包括设计和施工两方面的原因。

1、我国目前建筑物抗震设防的基本原则：

根据目前的科学研究表明，地震的成因主要有：构造板块的相对运动引起的地震、地壳岩石的膨胀引起的地震、地下化学或核装置的爆炸、火山地震、塌陷地震、水库诱发大地震。由此可见，地震的成因很多，但是其中板块构造学作为地震成因的地质学解释得到了广泛的认可。中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306规定了我国各地区地震动峰值加速度及地震动反应谱特征周期，在进行建设工程抗震设防时应严格执行。我国《建筑抗震设计规范》GB50011根据地震特点，国家经济发展水平，国家科学技术的发展水平，建筑材料及施工的现状等综合考虑，制定了我国现阶段房屋建筑采用的三水准抗震设防基本原则：

第一目标——小震不坏，当遭受低于本地区地震基本烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不修理可继续使用。其中小震指改地区50年内超越概率约为63%的地震烈度，即众值烈度又称多遇地震约50年一遇。

第二目标——中震可修，当遭受相当于本地区地震基本烈度的地震影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。其中中震指该地区50年内超越概率约为10%的地震烈度，又称基本烈度或设防烈度约474年一遇。

第三目标——大震不倒，当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。其中大震指该地区50年内超越概率约为2%～3%的地震烈度，又称罕遇地震约1600～2500年一遇。

2、框架结构抗震设计时应注意的问题：

按照目前的三水准设防基本原则，国内设计院在进行抗震设计时主要的设计方法是：先按小震水平进行地震计算，然后再按照相应的规范要求采取相应的构造加强措施来保证三水準设防目标的实现。基于目前的设计方法，我认为在进行框架结构抗震设计时首先应从宏观层面上做好结构概念设计，然后再从微观层面上做好相应的受力计算、分析及构件的截面和配筋设计。

抗震概念设计可以使一些在计算中或规范中难以做出具体规定的问题得到基础的解决方案。工程师在抗震设计中运用“概念设计”从基本的力学原理出发可以进行一些抽象问题的分析，做出判断，然后采取相应的措施保证结构的抗震安全。以往的地震震害表明规则性好的框架结构在地震中具有较好的抗震性能表现，规则性差的框架结构往往在地震中破坏严重，甚至倒塌。经过归纳总结，规则性好的建筑大多具有如下特点：

（1）高宽比小，减小了地震作用下倾覆的可能性。

（2）楼层高度接近，各层刚度均衡。

（3）平面基本对称，减少了扭转。

（4）两个主轴方向的抗力相近，使各方向的抗力均衡。

（5）平面和立面分布均匀，减少应力集中。

（6）在外围设置抗震构件，增大结构抗扭能力。

（7）跨度短，减小构件应力。

（8）冗余度大，避免某些构件破坏引起结构倒塌。

（9）荷载传递直接，没有长悬臂构件，避免应力集中。

框架结构在进行受力分析计算及构件的截面及配筋设计时，首先应确定建筑物所在地的抗震设防烈度、场地类别及建筑物的抗震设防类别进而确定框架的抗震等级，按照“强柱弱梁”“强剪弱弯”“强节点弱构件”的总体原则进行设计。

在当前的多高层建筑中，往往为了某种使用功能的要求将底层或中间某层的层高设计的比相邻楼层大很多，此类建筑在历次的地震中多出现软弱层整体大变形倒塌的破坏形式，震害严重。因此在设计此类框架结构时要注意此类结构相邻范围层刚度比的调节，通过合理确定相邻层层高及抗侧力构件的截面尺寸等将相邻层的刚度差别控制在规范允许的范围内，避免地震中结构某层形成柱铰机构而发生破坏。

强柱弱梁的设计原则可以保证结构在承受设防地震或罕遇地震时，首先在梁端形成塑性铰进行地震能量的耗散，从而避免形成柱铰机构而发生建筑物的倒塌。由于塑性铰是耗散地震能量时对地震做延性反应的关键，所以在进行框架梁、柱配筋设计时一定要按照规范要求根据不同的抗震等级设置相应大小和间距的约束钢筋使构件具有相应的延性。

历次的地震表明：填充墙的设置不当会因为非结构部分砌体或混凝土填充物与框架柱硬性连接而引起的加强效应形成短柱，导致其承受很大的剪力而发生剪切破坏。这种结构设计上的通病，应在设计中引起特别的注意，无法避免时应对该部位框架柱进行配筋加强处理，如加大构件的配筋率及箍筋的体积配箍率并沿全高进行箍筋加密设置。

框架梁柱节点不应成为四个连接构件之间的薄弱环节，在地震力作用下，框架梁柱节点通常承受很高的剪力，如果不配置足够的钢筋将会导致框架强度和刚度的过分降低甚至倒塌。强节点弱构件的设计就是要加强节点的承载能力，使精心设计的延性构件能先于节点发生塑性变形而耗散地震能量，使结构能够对地震发生延性反应。

3、框架结构施工工程中影响其抗震性能表现的因素

优良的施工质量是框架结构抗震安全的必要保证，以往的工程经验显示如下几点对结构抗震性能影响显著：1，梁柱节点位置节点区由于各构件纵筋在此处相交，节点区箍筋设置铰困难，常出现节点位置箍筋设置不到位的情况，从而影响梁柱节点的承载力，地震时容易出现节点先于构件破坏的情况2，梁柱混凝土设计强度等级相差较大时，施工过程中控制不到位导致低强度混凝土混入柱内的情况3，梁柱箍筋加密区长度设置不满足设计要求4，箍筋与纵筋绑扎不到位，从而导致结构塑性铰位置塑性变形能力降低，影响结构的延性耗能能力。因此施工过程中一定要严格按照设计图纸及国家相应规范实施，确保工程质量的优良。

结语：

钢筋混凝土框架结构是一种常用的结构形式，影响其抗震性能的因素很多，本文从设计及施工的角度分析了影响其抗震性能的一些因素并给出了相应的建议，希望能对钢筋混凝土框架结构抗震性能的提高起到积极的作用。

参考文献：

[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中国建筑工业出版社.

[2]王亚勇译校.《抗震设计手册》（原著第二版）[美]法扎德.奈姆主编，中国建筑工业出版社.

[3]戴瑞同，陈世鸣.《钢筋混凝土和砌体结构的抗震设计》[新西兰]T.鲍雷，[美]M.J.N.普里斯特利著，等译.中国建筑工业出版社.

作者简介：

朱中一（1987-），男，一级注册结构工程师，本科，研究方向：结构设计工作。