浅析钢筋混凝土框架结构的抗震性

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【摘 要】研究现有钢筋混凝土偏心框架结构性能指标的不足。 依据弹塑性力学原理、损伤力学理论和现有试验结果，讨论了钢筋混凝土受压构件截面分析的一般方法，研究了构件在轴心压力和弯矩的联合作用下，构件正截面的受力性能及承载力问题。提出设计方案要着重针对节点的水平和竖向抗剪承载力。

【关键词】偏心框架结构；抗震性能指标；钢筋混凝土

1 偏心框架结构性能研究

1.1 试验分析

试验了五棍试件，比较了三种支撑形式：单斜支撑、斜交叉支撑、k型支撑川，从试验过程及测得的结果可得出如下结论: (l)各试件的破坏都呈现出延性破坏特征，各试件滞回曲线以最大承载力下降15%所对应的位移为极限位移计算的延性比均大于4，三种偏心支撑框架与相应纯框架的延性比相近，但偏心支撑框架的屈服位移，最大承载力点的位移都比纯框架相应的位移减小达50%左右。纯框架测得开裂位移为2.3--2.5mm，偏心支撑框架的开裂位移为1.1--2.0mm。可见纯框架达弹性位移限值时处于开裂状态，而偏心支撑框架仍处于弹性状态，有利于保证“小震不坏，中震可修”的抗震设防原则，避免了纯框架抗侧刚度不够的不利影响。纯框架测得的最大承载力位移为30--32mm，而偏心支撑框架最大承载力位移为8--26mm。所以纯框架达最大承载力时已超过弹塑性位移限值，而偏心支撑框架最大承载力位移均小于弹塑性位移限值。故偏心支撑框架可充分发挥其承载力，而纯框架由于有倒塌的危险很难充分发挥其承载力。

1.2 性能分析

偏心支撑钢筋混凝土框架柱的性能主要取决于钢筋混凝土连系梁、支撑及框架柱。为此对连系梁及偏心支撑框架的性能进行了分析。连系梁是指偏心支撑与梁柱节点间的梁段，其变形性能主要取决于该梁段的破坏性质。经计算分析，连系梁的破坏形态主要由其高跨比控制，当高跨比大于3.5时发生弯曲破坏，当高跨比小于3.5时发生弯剪破坏。这与规范专题组的研究基本一致，即高跨比大于3.5时约束梁的抗剪承载力基本不受高跨比的影响。按框架梁设计时高跨比选择在(1/8一1/12)考虑，则框架梁在3分点处设置偏心支撑可满足其弯曲破坏的要求，因由于加设支撑高跨比适当减小。所以从连系梁的性能分析知框架设计中设置偏心支撑具有可能性。考虑连系梁的剪切斜裂缝影响，以及支撑梁、柱材料非线性、节点区锚固钢筋的粘结滑移等因素，对偏心支撑钢筋混凝土框架进行了非线性分析，分析结果表明：(1)与纯框架相比，粘结滑移对偏心支撑框架的变形影响减小，但同样使承载能力略有降低。(2)当结构梁柱内形成的塑性铰数目使结构成为机构时，结构的承载能力及变形均未达到极限状态，仍能提供抗力。在塑性铰达极限状态支撑压屈后结构才进入下降段。(3)连系梁的变形性能对框架承载力及延性均有较大影响，对于支撑影响分别达9%和20%。(4)随偏心支撑抗侧刚度的增大，框架的承载力提高，而延性降低。

2 有关受压构件截面

基本的假设，依据弹塑性力学原理，在已知材料本构关系和构件截面变形的条件下，从理论上讲，就可以对任意构件截面从开始受力到破坏的全过程进行分析，但分析过程繁琐，为便于分析，常做如下假定：(1)截面变形服从平截面假定。(2)钢筋和混凝土的应力-应变关系为已知。(3)构件的变形很小，不影响构件的受力体系计算图形和内力值。(4)一般不考虑时间(龄期)和环境温度、湿度等影响，即忽略混凝土的收缩、徐变和温湿度变化引起的内应力和变形状态。(5)忽略拉区的混凝土作用。

3 加强框架结构节点施工质量的控制是提高结构抗震性能的重要环节

要提高框架结构的抗震性能，首要的是加强构件的连接，使之能满足传递地震时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。框架节点是框架梁柱构件的公共部分，在地震作用下，若节点强度不足，延性不够，钢筋锚固质量差就会使结构丧失整体性而造成破坏。因此必须加强框架节点施工质量的控制，这也和“强节点、强锚固”的抗震设计原则是一致的，“强节点、强锚固”也理应成为施工监理的重要质量控制点。

3.1 必须保证梁柱纵向钢筋在框架节点区有正确可靠的锚固

众所周知，框架结构最佳的抗震机制是梁式侧移机构，以达到消耗地震能量的作用。但梁正常工作和梁端塑性铰形成的基本前提是保证梁纵筋在节点区有可靠的锚固，不造成钢筋的锚固破坏。若强震引起梁断裂，只要梁端钢筋的锚固未失效，悬索作用也能维持楼面不立即坍塌，以达到人员安全撤离的目的。因此施工监理人员务必加强梁端钢筋锚固质量的检查验收。梁端节点钢筋的锚固一般分为有弯折的锚固和无弯折的锚固（锚固长度满足）。弯折锚固分为水平段和弯折段两部分。试验证明弯折锚固钢筋的主要持力段是水平段，只有到加载后期水平段发生粘结破坏锚固力才转移由弯折段承担。

3.2 必须加强对框架节点区域箍筋的检查验收和防震缝的监督检查

框架节点区域箍筋加密的作用不仅能承担梁柱的剪力，而且能约束混凝土提高混凝土的抗压强度及变形能力，增加其延性的效果，还能为纵向钢筋提供支撑，防止纵筋压曲，从而提高框架的抗震性能。框架节点钢筋密集，箍筋设置困难，箍筋加密区长度及根数易被忽视，因此施工监理人员必须加强节点区域箍筋的检查验收。不仅要检查梁柱节点区域箍筋的直径、间距、加密区长度、数量、箍筋形式和绑扎质量，同时还要注意检查梁的第一个箍筋距支座边50 mm的要求。当有刚性地面时，还要注意检查底层框架柱在刚性地面上下的加密情况。对有抗震要求的箍筋弯折角度应为135°，弯折后平直长度不应小于箍筋直径的10倍，且不小于75 mm。

4 抗震概念设计的原因与总结

抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。概念设计是指设计人员从结构的宏观整体出发,用结构系统的观点,着眼于结构整体反应,正确地解决总体方案、材料使用、分析计算、截面设计和细部构造等问题,力求得到最为经济、合理的结构设计方案以达到合理抗震设计的目的。结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位。概念设计的提出是随着抗震设计的发展应运而生的,它是地震灾害分析的总结。(1)荷载传递路径不明确。结构抗震概念设计的基本原则是:结构的简单性；结构的规则和均匀性；结构的刚度和抗震能力；结构的整体性。由于在设计中过分强调建筑物的造型，导致结构的荷载传递路线复杂且不明确。(2)强度和刚度不连续有突变。由于沿竖向楼层质量与刚度变化太大,使楼层变形过分集中而产生破坏。

5 结语

建设部领导多次强调，今后对自然灾害中垮塌的建筑物必须审查有关单位贯彻执行强制性标准情况，对违规者要追究法律责任。因此严格隐蔽工程的验收，加强结构抗震的验收，严格质量保证资料的审查，把抗震知识贯穿于建设的全过程。历次地震经验表明，只要经过合理的抗震设计和良好的施工质量，在一般烈度地区是可以保证安全的。相信在我们广大建设者的共同努力下，我国的建筑工程质量和抗震性能一定会大大提高。

参考文献：

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