框架结构的抗震设计浅析

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2012-12-13浏览：34次

　　摘要：在有抗震要求的框架结构设计中，我们必须引起足够的重视，本文就框架结构抗震设计的重要性，框架结构的震害特点，框架结构的抗震设计一般步骤，框架结构抗震设计的基本要求，框架结构构件抗震设计的构造措施做了浅要的分析。

　　关键词：框架结构,抗震设计,构造措施

　　一、框架结构抗震设计的重要性

　　建筑抗震设计的要求是通过地震作用的取值和抗震措施的采取来实现的，但由于地震的随机性，加之建筑物的动力特性、所在场地、材料及结构内力的不确定性，地震时造成的破坏程度很难准确预测，因此，我们在进行框架结构抗震设计时，必须结合框架结构的特点，综合考虑各方面的因素。未经抗震设防的框架结构，在6-7度区主体结构基本完好，填充墙发生轻微的裂缝;在8-9度区主体结构局部破坏，填充墙及屋顶突出的部分严重开裂或倒塌;在10度区梁柱严重破坏，少量倒塌，填充墙严重破坏。考虑了抗震设防的框架结构，危害则相应的减轻。在唐山大地震中，未经抗震设防的底层框架抗震墙砖房的破坏较为严重，其主要原因是，大部分底层没有设置为框架抗震体系。

　　二、框架结构的震害

　　框架结构的震害主要集中于梁柱节点处，柱的震害重与梁;角柱重于内柱;短柱重于一般柱。以下就框架柱顶，柱底，柱身，梁，梁柱的节点的震害做了简要介绍:①柱顶：柱顶的破坏，轻则在柱顶有周围水平裂缝、斜裂缝或者交叉裂缝，重者则混凝土被压碎崩落，柱内箍筋被拉断，纵筋压曲成灯笼状，分许其原因是由于节点处于弯矩、剪力、轴力的复合作用下，且三者都比较大，柱的箍筋失效，混凝土剥落，轴向力使纵向钢筋压曲。② 柱底：常见的震害是在离地面100-400mm处有周围水平裂缝，重者混凝土剥落，钢筋压屈，一般是由柱底箍筋较少或者是混凝土浇捣不够密实而引起的。③柱身：当地震剪力较大而柱抗剪强度不足的时候，柱身可能出现斜裂缝。④梁：一般梁的震害较轻，通常是在梁的两端节点附近产生周围竖向裂缝或者斜裂缝。⑤梁柱的节点：在地震的反复的作用下，节点主要承受剪力和压力，由梁的两端的反号弯矩引起节点核心区很大的剪力，是核心区混凝土处于剪压复合应力状态。当节点核心抗剪强度不足引起剪切破坏，表现在核心区产生斜向对角的通长裂缝，节点区的箍筋屈服、外鼓甚至崩段。

　　三、框架结构抗震设计步骤

　　与非抗震结构设计相比，考虑抗震的结构设计在确定结构方案和结构布置时要考虑是结构的自震周期避开场地的卓越的周期，否则应调整结构平面，直至满足为止。在框架结构的抗震设计中大部分可分为以下几个步骤：①、根据设计基本资料确定地震计算参数。②、进行抗震概念设计，合理布置结构体系。③、根据地震设计参数计算结构的总体地震响应，检查各地震控制指标是否满足规范要求，不满足的要调整结构体系直至满足为止。④、计算地震力。⑤、根据地震力计算结构内力。⑥、根据内力计算结果计算各构件配筋。⑦、按照规范要求调整截面配筋，并采取各种抗震构造措施。

　　四、框架结构抗震设计的基本要求

　　在进行框架结构抗震设计的时候，需要确定框架结构的抗震等级，根据不同的等级进行设计，主要是为保证框架结构具有较好的延性，并且能满足合理、经济的设计要求。构件设计时应满足各自的基本要求：①框架结构在进行梁端抗震设计时，既要允许塑性铰在梁上出现又不要发生梁剪切破坏，同时还要防止由于梁筋屈服渗入节点而影响节点核心区的性能，使梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力，梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力。②框架柱在设计时，应该遵循强柱弱梁，使柱尽量不要出现塑性铰，在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力，同时控制柱的剪切比不要太大。③框架节点在地震破坏时，主要是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏，因此在设计时，要采取“强节点弱构件”的设计概念，保证在多遇地震时，节点应在弹性范围内工作;在罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递。

　　五、框架结构构件抗震设计的构造措施：

　　在进行构件截面设计时，须求的控制截面的最不利内力作为配筋的依据。对框架梁，一般选梁的两端截面(最大负弯矩)和跨内截面(最大正弯矩)为控制截面;对框架梁柱，则选柱的上下段截面为控截面。最不利的内力就是在控制截面处对截面配筋起控制作用的内力。同一控制截面，可能有好几组最不利的内力组合。内力组合的目的就是要求得控制截面上的最不利内力。为了求的控制截面上的最不利的内力组合，应考虑到荷载同时出现的可能性，对荷载效应进行组合。荷载效应组合应按照考虑地震作用组合和不考虑地震组合分别进行。

　　(1)框架梁的截面抗震设计尺寸，宜符合下列各项要求：截面宽度不宜小于 200mm;截面高宽比不宜大于 4;净跨与截面高度之比不宜小于4。在计算出梁控制截面处考虑地震作用的组合弯矩后，可按一般钢筋混土受弯构件进行正截面受弯承载力计算。梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于 2.5%，且计入受压钢筋的梁端混凝土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。梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于 0.5，二、三级不应小于 0.3。梁端剪力设计值应根据强剪弱弯的原则，按<<建筑设计规范>>的要求加以调整，对一、二、三级抗震等级分别采取1.3、1.2、和1.1梁端剪力增大系数。

　　(2)框架柱的截面抗震设计尺寸，宜符合下列各项要求：截面的宽度和高度均不宜小于 300mm;圆柱直径不宜小于 350mm。剪跨比宜大于 2。截面长边与短边的边长比不宜大于3。柱轴压比不宜超过下表的规定;建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，柱轴压比限值应适当减小。　柱的钢筋配置，应符合柱纵向钢筋的最小总配筋率，中柱和边柱的一、二、三、四抗震等级分别是1.0、0.8、0.7、0.6，角柱、框支柱的一、二、三、四抗震等级分别是1.2、1.0、0.9、0.8。同时每一侧配筋率不应小 0.2%;对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑,数值应增加 0.1。当采用 HRB400 级热轧钢筋时应允许减少 0.1，混凝土强度等级高于 C60 应增加 0.1。

　　六、结语

　　框架结构的抗震设计是一个非常复杂的过程，需要考虑的因素很多，只有充分了解了自身的特点，结合现场的实际情况，才能确保整个框架结构的安全可靠，经济合理且便于施工。

　　参考文献

　　[1]杨鼎久.建筑结构[M].机械工业出版社.2005

　　[2]吕西林.周德源、李思明、陈以一、陆浩亮.抗震设计理论与实例[M].同济大学出版社.2011

　　[3]郭继武.建筑抗震设计[M].中国建筑工业出版社.2011

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