2018浅析房屋结构抗震设计中存在的若干问题及改进措施
【摘要】汶川地震牵动了无数人的神经，也将房屋抗震能力问题重新引入人们的视野，成为众多专家、学者以及民众所关注的问题。框架结构是建筑结构设计中极为常见，同时也是极为重要的一种形式，在房屋结构设计中应用十分广泛，如何提高框架结构抗震性能是设计施工时需要考虑的重要问题。本文通过对框架结构的受力特性进行分析，结合地震灾害相关资料及大量设计案例，从受力角度对框架结构抗震设计中存在的问题进行了探讨，并提出了有效的改进措施。http://
【关键词】 框架结构 抗震设计改进措施
中图分类号：TU765 文献标识码：A 文章编号：
【 Abstract 】 Wenchuan earthquake influenced countless people's nerves, and the building aseismic capacity problem reintroduced to people's perspective, become numerous experts, scholars and public issues of concern. Frame structure design of the building structure is a very common, is also very important one kind of form, the house in the structural design of application is very extensive, how to improve the frame structure, the seismic performance design construction is to consider important problem. This article through to the stress of the frame structure characteristics are analyzed, combined with the earthquake disaster related material and a large design case, from the Angle of seismic stress frame structure of the problems existing in the design is discussed, and put forward effective measures to improve.
【 Key Words 】 frame structure, seismic design, improvement measures
1 引言
框架结构体系同其它体系相比，具有传力明确、整体性好、空间划分自由灵活等优点。采用框架结构可以有效的减少建筑材料用量，更好的发挥材料和结构的性能，并降低工程造价，具有较好的经济效益，目前在我国建筑设计施工中被广泛应用。由于框架结构延性和耗能能力相对较差，如何提高其抗震能力，使其在罕遇地震作用下也具有足够的抗性和足够的延性，成为框架结构抗震设计所需要考虑的关键问题。分析国内外近年来和历史上大地震灾害事件不难看出，建筑结构倒塌是地震灾害的主要表现形式。早在1976年唐山大地震后，建设部在《建筑抗震设计规范》中就提出了“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三级抗震设防要求，在《中华人民共和国国家标准GB50011-2010：建筑抗震设计规范》中，编制组在总结2008年汶川地震震害经验的基础上，对灾区设防烈度进行了调整，包括框架结构填充墙设置、砌体结构楼梯间、抗震结构施工要求都增加了强制性条文，提高了混凝土框架结构的抗震设计要求。近年来，尤其是汶川大地震以来，我国建筑工程界关于框架结构抗震设计的理论研究和试验分析越来越多，有效的提高了框架结构抗震设计水平，但在具体应用中仍然还存在许多问题，需要进一步探讨改进。
2 抗震设计存在的问题
目前，我国在钢筋混凝土框架结构抗震设计中，多采用“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的方法来实现抗震设计在延性和抗性方面的要求。但是在实际抗震设计应用中，还存在诸多问题，主要表现在以下几个方面：
2.1 柱端弯矩增大系数问题
“强柱弱梁，强剪弱弯”是从抗震角度提出来的结构设计理念，其目的是为了使建筑结构在地震灾害中，避免柱子先于梁破坏结构发生整体倒塌，这一延性设计思想在汶川大地震中显示出了其合理性，表现出了很好的结构变形能力，可以有效的实现“大震不倒”的抗震设防目标。但是，如何实现“强柱弱梁”却存在一定的问题。目前，一般采用增大柱端弯矩设计值的方法来实现“强柱弱梁”屈服机制，不同柱端弯矩增大系数将会表现出不同的抗震性能。在我国多个版本的《建筑抗震设计规范》中，都对柱端弯矩增大系数进行了规定，在10版规范中，更明显提高了弯矩增大系数，并考虑了框架梁的受弯承载能力以及一定程度的超配钢筋和钢筋超强作用。但是，弯矩增大系数的计算、超配筋和钢筋超强作用是否合理等问题，直接影响了“强柱弱梁”机制延性和抗性的实现能力，在实际应用中还需要进一步研究。
2.2 梁内力计算问题
现行设计规范要求在计算梁截面惯性矩时，需要考虑楼板的影响。在框架结构中，梁近支座部分受负弯矩作用，而在梁跨中位置则受正弯矩作用，楼板分别受拉和受压，其影响完全不同。在框架结构抗震设计中，竖向荷载下考虑楼板的作用，需要减小柱端弯矩以增大梁的惯性矩，水平荷载作用下考虑楼板作用，则需要减小柱端弯矩以减小层间位移。所以，不论是考虑楼板的竖向荷载作用还是水平荷载作用，柱端弯矩都会减小。这一点与增大梁惯性矩实现“强柱弱梁”存在一定的冲突。此外，基于混凝土结构超静定特性，在框架结构设计时，通常根据竖向荷载作用对梁弯矩进行调幅，以实现“强柱弱梁”破坏机制，但实际上罕遇地震通常是水平地震荷载组合效应，针对罕遇地震的“强柱弱梁”破坏机制在竖向荷载作用下的梁弯矩调幅的实际作用有待考虑，这在汶川大地震框架结构震害调查报告中就可以看出。
2.3 梁抗弯刚度问题
对于梁抗弯承载能力设计，由于考虑楼板对梁抗弯能力的影响，在设计时需要按不同系数放大梁抗弯刚度。目前设计通常只在梁端内力时考虑楼板影响，跨中截面设计则不考虑。但实际上，跨中截面和跨端截面均受到楼板的影响，忽视跨中截面板内钢筋的影响，直接导致了梁的抗弯刚度大于截面弯矩，最终未能实现“强柱弱梁”机制反而形成“强梁弱柱”现象，这在汶川地震中可以说是一个惨痛的教训。
3 改进措施
通过分析众多地震灾害资料和框架结构受力特性，基于提高框架结构抗震设计在延性和抗性方面的需要，针对框架结构抗震设计存在的问题，本文通过计算机模拟和实践论证，总结出了以下改进措施。
3.1 选择适宜的梁、柱配筋率
框架结构抗震设计中，梁、柱配筋率直接影响着结构抗震能力。在实际应用中，配筋率的选取与受力情况有极大的关系，在设计时应掌握“适中”原则。梁的配筋率除与抗震等级有关外，还与轴心抗拉强度和钢筋抗拉强度有关，在设计时应当综合考虑。一般来说，柱的配筋率较低，但框架结构在地震作用下，柱尤其是角柱承受巨大的扭转剪力和双向弯矩作用，但又处于双向偏心受压状态，此外还有温度应力、基础不均匀沉降等影响，在多种内力组合作用下，需要对配筋计算进行调整，从而选择适当的配筋率和箍筋形式，以实现“强剪弱弯”机制。
3.2 调整内力计算模型
目前对框架结构内力的计算，多根据《建筑抗震设计规范》规定的计算模型，采用计算机辅助软件进行分析和计算，这种计算方法过于机械，缺少对实际情况的分析，应用于实际施工中形成大量的安全隐患。再加上现有的计算模型所依据的内力分布和传递路径存在缺陷，缺少精细化的考虑，缺少对板配筋联合抗弯承载能力影响的计算，极容易造成梁端弯矩比实际情况大，形成“强梁弱柱”现象。因此，在框架结构抗震设计中，还需要调整内力计算模型，充分把握框架结构梁、柱、板的内力分布状态和负荷传递路径，为梁、柱截面尺寸的选择，配筋率的调整，节点的处理等提供数据基础，形成真正意义上的“强柱弱梁”抗震机制。
3.3 加强框架结构抗震变形验算
框架结构抗震变形验算包括多遇地震变形验算和罕遇地震变形验算，多遇地震变形验算集中于层间侧移和顶层侧移方面，罕见地震变形验算则集中于薄弱层方面。在设计时需要充分考虑层间位移角限值，注意对结构构件的非线性分析，加强结构弹塑性地震反应分析，充分计算竖向荷载和水平横向荷载，提高结构延性的抗性。
4 结束语
总之，框架结构抗震设计事关建筑安全问题，在设计时需要充分考虑结构受力特性，调整内力计算模型，为抗震设计提供更好的理论和数据基础，只有设计合理，才能真正实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的抗震机制。
【参考文献】
王威、章红梅、周颖，框架结构在汶川5.12大震中的震害分析及抗震启示，世界地震工程，2009.04
黄桂文，钢筋混凝土框架结构设计应注意的几个问题，科技信息，2008.18
刘海卿、倪镇国，多层框架结构地震倒塌过程仿真分析，科学技术与工程，2009.02
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