浅谈钢筋混凝土框架结构抗震设计论文.doc

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1、 浅谈钢筋混凝土框架结构抗震设计论文摘要：我国是一个地震多发国家，因此对建筑的抗震性能要求较高。钢筋混凝土框架结构由于整体性能好、抗震性能强等优势，从而得到了广泛的应用。文章就如何在施工中提高钢筋混凝土框架结构抗震性能进行了阐述。20世纪90年代以后，随着我国钢材量的不断提高，钢一混凝土组合结构在建筑行业得到了迅速发展，建筑造型和建筑功能要求日趋多样化。框架结构是采用梁、柱等杆件刚接组成空间体系作为建筑承重骨架的结构。屋盖、楼板上的荷载通过板传递给梁，由梁传递到柱，由柱传递到基础。框架结构的墙体全部为自承重墙，只起分隔和围护作用。随着社会的发展,钢筋混凝土框架结结构的建筑物越来越普遍. 在我们

2、周围有很多这样的建筑物，例如一些办公大楼、小型住宅等2008年的汶川I地震造成倒塌房屋超过500万间，死亡人数近7万人，多数遇难人员是因为房屋倒塌造成的。汶川大地震深刻地揭示，90以上的地震灾害的直接或间接损失是由地震对建筑物、构筑物破坏性造成的，这次地震又一次使工程技术员感到抗震性能的重要性。血的教训提醒人们，抗震设计不可掉以轻心，如有失误就会付出沉重的代价。因此，在施工中要有意优化结构抗震性能。不管是08年的四川汶川地震，还是去年4月的青海玉树地震，灾后重建工作首先也必先解决灾区人民的住房问题。曾有专家在汶川地震后对其房屋构造进行调查。在汶川及其周围受灾地区，大部分钢筋混凝土框架结构房屋是

3、在上世纪90年代以后建造的,凡是严格按抗震设计规范设计,施工质量较好的均未出现严重破坏,仅少数框架梁、柱或梁柱节点附近出现轻微的裂缝。房屋受损表现主要是填充墙体的震害、变形缝处的震害等 从地震抗震等级 框架结构一、结构的抗震等级钢筋混凝土多高层房屋的抗震设计要求，不仅与建筑重要性和地震烈度有关，而且与建筑结构本身潜在的抗震能力有关。近几年来地震震害及试验成果反映了一些共同的看法，如框架剪力墙结构或剪力墙体系的抗震性能，特别是防倒塌能力优于框架结构体系；次要抗侧力构件抗震要求可以低于主要抗侧力构件，例如框架剪力墙结构中的框架的抗震要求可以低于框架结构中的框架，而其中的剪力墙则应比剪力墙结构中的要

4、求提高；较高的房屋地震反应大，延性要求也高。在综合考虑建筑场地的地震烈度、结构类型和防务高度等因素后，将结构划分成四个抗震等级，设计时根据不同的等级，采用不同的要求，使房屋的抗震设计更经济合理。研究表明，框架剪力墙结构在基本振型地震作用下，框架部分承受的地震倾覆力矩大于底部地震倾覆力矩的50%时，框架剪力墙结构的变形接近框架结构，框架部分起主要抗侧力作用，其框架部分的抗震等级要按框架结构体系采用。另外，对同一类型结构抗震等级的要求分界，抗震规范主要按一般工业与民用建筑考虑，故对层高特殊的工业建筑应酌情调整。设防烈度为6度，建于类场地上的结构，不需做抗震验算但需抗震等级设计截面，满足抗震要求。不

5、同场地对结构的地震反应不同，通常类场地较高的高层建筑的抗震构造措施与类场地相比应有所加强，而在建筑抗震等级的划分中并未引入场地参数，没有以提高或降低一个抗震等级来考虑场地的影响，而是通过提高其他重要部位的要求（轴压比、柱纵筋配筋率控制；加密区箍筋设置等）来加以考虑。二 框架机构的特点及类型1 框架结构特点框架结构具有建筑平面布置灵活，能获得较大空间，因而很适合于多层工业厂房以及民用建筑中的多高层办公楼、旅馆、医院、学校、商店和住宅建筑。最近，我们的专业作业在幼儿园之后是商场设计。一个商场需要的平面能够灵活布置，空间要大，我觉得很适合用钢筋混泥土框架结构。框架结构的构件简单，施工方便，较经济；承

6、受竖向荷载作用合理、结构自重较轻，而且对支座不均匀沉降比较敏感。同样，框架结构也有缺点。它的抗侧刚度小，在水平荷载作用下侧移较大，抗震性能较差，谷亦称框架结构为“柔性结构”。因此，这种体系在房屋高度和地震区使用受到限制。在高度不大的多高层建筑中，框架结构是一种较好的结构体系。按施工方法的不同，框架可分为现浇式、装配式和装配整体式三种。现浇式框架也可以细分为全现浇式框架和半现浇式框架。优点是整体性好，建筑布置灵活，有利于抗震。也存在缺点，就是现场施工相对复杂，模板耗费多，工期较长。从受力合理和控制造价的角度，现浇钢筋混凝土框架高度一般不超过45m。但今年来，随着施工新工艺的不断出现及技术水平的发

7、展和提高，这些缺点正在逐步克服。所以，全现浇式框架是框架结构中使用最广泛的，大量应用于多高层建筑及抗震地区。例如四川南充市嘉陵区的“嘉南国际”，就是南充第一个“全现浇框架结构”多层建筑楼盘。嘉南国际的楼盘全部使用全现浇楼板，钢筋混凝土浇筑在一起，各部位间相互咬合，再加上框架剪力墙结构（柱子、墙都是钢筋混凝土的结构），抗震能力极强。汶川特大地震发生后，“全现浇框架结构”也显现出其巨大的抗震性能，嘉南国际的在建、已建工程未受到丝毫“震伤”。房屋建筑结构类型主要分为砖混结构、钢筋混凝土框架结构、砖木房屋和土坯房屋共四类。建筑结构类型不同，其设防标准不同，抗震性能存在差异，经过一系列的实践研究表明，钢

8、筋混凝土框架结构的安全性为最高。装配式框架的构件全部为预制，在施工现场进行吊装和连接。其优点是节约模板，缩短工期，有利于施工机械化。但预埋件多，用钢量大，节点处理要求高，整体性差，在地震区不宜采用。装配整体式框架是将预制梁、柱和板现场安装就位后，在构件连接处浇捣混凝土，使之形成整体。其优点是，省去了预埋件，减少了用钢量，整体性比装配式提高，但节点施工复杂。2 框架结构的布置房屋结构布置是否合理，对结构的安全性、实用性及造价影响很大。经过长期的实践和研究，结构布置有一些基本规律，总的来说，框架结构按照承重方式的不同分为以下三类： 横向框架承重方案,以框架横梁作为楼盖的主梁,楼面荷载主要由横向框架

9、承担。由于横向框架数往往较少,主梁沿横向布置有利于增强房屋的横向刚度。同时,主梁沿横向布置还有利于建筑物的通风和采光。但由于主梁截面尺寸较大,当房屋需要大空间时,净空较小,且不利于布置纵向管道。纵向框架承重方案 以框架纵梁作为楼盖的主梁,楼面荷载由框架纵梁承担。由于横梁截面尺寸较小,有利于设备管线的穿行,可获得较高的室内净空.但房屋横向刚度较差,同时进深尺度受到预制板长度的限制。纵横向框架混合承重方案 纵横向框架混合承重方案是沿纵横两个方向上均布置有框架梁作为楼盖的主梁,楼面荷载由纵,横向框架梁共同承担.它具有较好的整体工作性能。三 钢筋混泥土框架结构的震害及特点有比较才有进步。与砌体结构的房

10、屋相比，钢筋混泥土框架结构房屋具有较好的抗震性能，我国的历次大地震震害调查发现，钢筋混泥土框架结构房屋的震害要比多层砌体结构房屋的震害小得多。但是，未经过抗震设防的钢筋混泥土框架结构房屋有明显的薄弱环节，震害也比较严重，甚至出现极少数的倒塌现象。地震引起框架结构的破坏包括：结构构件的破坏、非结构构件的破坏以及场地和基地的破坏。我们常说的结构构件破坏主要是指框架柱、框架梁和梁柱节点的破坏，而非结构构件破坏主要指的是填充墙的破坏。在地震作用下，钢筋混凝土框架结构传递支座反力、承受弯矩和水平剪力，受力状态复杂。总的来说，钢筋混凝土框架的震害主要发生在梁端、柱端和梁柱节点处。一般来说，柱的震害重于梁，

11、柱顶的震害重于柱底，角柱的震害重于内柱，短柱的震害重于一般柱。 框架柱由于柱两端弯矩大，破坏一般发生在柱的两端，多发生于柱顶，且角柱震害比中柱和边柱严重。有时也会出现斜裂纹或X形裂纹，也是难以修复的。框架梁由于梁端处的弯矩、剪力均为较大，并且是反复受力，故破坏常发生在梁端。梁端可能会由于纵筋配筋不足、钢筋端部锚固不好、箍筋配置不足等原因而引起破坏。梁的破坏没有柱的严重，且梁的破坏属于局部破坏，一般不会引起结构的整体倒塌。梁柱节点多由于节点内未设箍筋或箍筋不足以及核芯区的钢筋过密而影响混凝土浇筑质量引起破坏。地震时，框架和填充墙共同工作，抵抗地震作用。但填充墙的刚度大、变形性能差、承载力低，所以

12、填充墙破坏发生早、破坏严重。框架中的砌体填充墙由于受剪承载力低，与框架缺乏有效的连接，易发生墙面斜裂缝，并沿柱周边开裂。框架填充墙震害的一般规律：上轻下重、空心砌体重于实心砌体、砌块墙重于砖墙。场地和地基震害有两方面含义。一是地基失效，例如1964年日本地震发生的沙土液化破坏。二是共振，框架结构发生共振时，地震震害最严重。此外，还有就是防震缝的破坏。我在我校南京工程学院设计北楼时发现墙体之间有大概70mm的缝隙，原先很好奇，不懂那是防震缝。通过学习，我知道，当防震缝不足时，地震作用引起防震缝两侧的结构构件发生碰撞，从而造成结构的破坏。四 钢筋混凝土框架结构一些抗震措施只有清楚了解钢筋混凝土框架

13、结构在地震后出现的问题，针对这些问题我们才能更好的研究并提出一些抗震措施。为了体现在不同烈度下不同结构的钢筋混凝土房屋有不同的抗震要求，建筑抗震设计规范(GB 500112011)根据房屋烈度、结构类型和房屋高度，将框架结构划分为四个抗震等级，其中一级为最高等级，抗震要求最高；四级为最低要求，抗震要求最低。钢筋混凝土框架结构抗震等级结 构 类 型设 防 烈 度6789框架结构房屋高度(m)25253535353525框 架四三三二二一一注： 1、建筑地为1类时，除6度以外可按表内降低一度所对应的抗震等级采取抗震构造措施，但相应的计算要求不应降低； 2、接近或等于高度分界时，允许结合房屋规则程度

14、及基地条件确定抗震等级； 3、部分框支抗震墙结构的底部加强部位以上抗震墙的抗震等级可均按抗震墙结构考虑。钢筋混凝土框架结构具有良好的塑性内力重分布能力，如果整结构同时具有合理的破坏机制，能够充分的吸收和耗散输入结构的地震能量，就可以保证钢筋混凝土框架结构在强震作用下过早地发生严重破坏甚至倒塌。为了增强结构的抗震能力，设计时遵循以下原则：“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固”。为了保证框架结构的抗震安全，结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等性能。平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性。框架结构应设计成双向梁柱刚接体系，但也允许部分的框架梁搭在另一框架梁上。应加强垂直地震作用的设计

15、，从震害分析，规范给出的垂直地震作用明显不足。雨蓬不得从填充墙内出挑。大跨度雨蓬、阳台等处梁应考虑抗扭。考虑抗扭时，扭矩为梁中心线处板的负弯距乘以跨度的一半。框架梁、柱的混凝土等级宜相差一级。出屋面的楼电梯间不得采用砖混结构。框架结构中的电梯井壁宜采用粘土砖砌筑，但不能采用砖墙承重。应采用每层的梁承托每层的墙体重量。梯井四角加构造柱，层高较高时宜在门洞上方位置加圈梁。因楼电梯间位置较偏，梯井采用混凝土墙时刚度很大，其它地方不加剪力墙，对梯井和整体结构都十分不利。建筑长度宜满足伸缩缝要求，否则应采取措施。如：增大配筋率，通长配筋，改善保温，铺设架空层，加后浇带等。构件不得向电梯井内伸出，否则应验

16、算是否影响电梯安装，电梯井处柱可外移或做成L型柱。框架结构是一个系统整体，它有内在的关联性，而不是构件或杆件的叠加和组合，不能人为为有割裂和肢解结构，应重视对抗震有极大影响的结构概念设计和钢筋构造。五 混凝土框架结构抗震性能的导向价值51 结构抗震性能结构抗震性能可描述为：建筑结构在遭受一定水平地震作用下，结构的破坏不超过一个特定的状态。一栋建筑物结构抗震性能是材料、设计、施工及维护水平的综合结果。52 导向价值相对于风雪雨水等外界作用，地震作用对于建筑结构的破坏结构是最为严重的，汶川地震的震害，无疑是惨痛的教训。显然，从整个建筑结构性能来看，结构抗震性能处于核心价值位置。所以，建筑结构的施工

17、质量监控必须以结构抗震性能为重要导向，统筹监控行为。53 缺陷目前主体结构施工质量监控的重要手段之一就是按照施工质量验收规范划分为分项(含检验批)、分部工程和单位工程三个不同阶段进行验收。我国主体结构的施工质量验收规范基于材料结构导向分为：钢筋混凝土结构验收规范、砌体结构验收规范、钢结构验收规范、木结构验收规范等。因其着眼点不同，未能充分体现结构抗震性能的导向作用。如：楼梯构件在整个建筑结构验收中，在混凝土结构验收规范中并不处于十分突出位置，而在结构抗震性能导向中因其为重要的逃生通道而上升为主要构件，必须加以重点监控验收。尽管我国有建筑结构设计规范，但一般是作为设计阶段的监控手段，完整统一的抗

18、震性能监控验收规范还处于空白状态。因此说，在施工质量监控中要有意突出结构抗震性能的验收导向价值，作为一条线索单元来贯穿整个建筑结构的施工质量监控。六 提高钢筋混凝土框架结构抗震性能的要点及措施61 施工原材料方面待添加的隐藏文字内容3611 钢筋钢筋的性能指标直接关系到结构抗震性能，控制钢筋实际抗拉强度、屈服强度和强度标准值之间的关系，注意发挥钢筋的延性性能，避免超强过多，有助于混凝土结构强柱弱梁、强剪弱弯要求的实现。建筑结构设计规范第392条规定，抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于125；钢筋的屈服强度实测值与强度标

19、准值的比值不应大于1_3；且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9。为此，应加强对抗震等级为一、二级的框架结构的纵向受力钢筋的检验抽查。 、612 混凝土在框架结构中，提高混凝土的强度等级可以减少梁柱的剪压比和柱轴压比，有利于提高结构的延性。建筑结构设计规范第392条规定，混凝土的强度等级，框支梁、框支柱及抗震等级为一级的框架梁、柱、节点核心区，不应低于C30；构造柱、芯柱、圈梁及其他各类构件不应低于C20。62 钢筋的jjn-r制作与安装621 箍筋在钢筋混凝土构件中，箍筋既可以抵抗剪力，又可以对核心混凝土和纵向受压钢筋起约束作用，改善核芯混凝土的变形能力，可防止纵向钢筋被压屈。(1)抗

20、震时箍筋搭接处应做成135。弯钩，平直段长度10 d(d为箍筋直径)，加工成型时应注意检查平直段长度是否符合要求，现场绑扎操作时，应认真按135。弯钩。(2)框架节点箍筋加密区的箍筋及梁上有集中荷载处的附加吊筋或箍筋，不得漏放。(3)柱根部第一道箍筋应放在离结构结合部边缘50 1Tlln以内。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。由于安装较困难，梁、柱交接处核心区箍筋往往未加密。正确做法是在绑梁钢筋前先将柱箍筋套在竖筋上，穿完梁钢筋后再绑扎。(4)主次梁节点部位主梁箍筋应按加密要求通长布置。622 纵向钢筋锚固在强烈地震时，框架的梁端或柱端截面可能进入弹塑性状态，其纵

21、向钢筋伸入梁柱节点内的锚固长度，将因钢筋与混凝土之间粘结破坏而部分失效。因此，框架的抗震设计应比非抗震设计有更严格、可靠的锚固长度及其锚固形式。(1)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，在钢筋加工下料及安装过程中，应对照图纸，保证纵筋在柱内水平段满足04 Lae和弯折段15 d的要求。(2)对于框架柱顶部节点，应分别检查边柱、中柱、角柱顶部节点梁柱钢筋的锚固。边柱、角柱外层钢筋与梁上部钢筋的相互锚固情况，应依据图纸抗震等级要求，结合施工缝留置，按国标11G1011标准图集进行对照检查；中柱往往因屋面结构找坡而使层高增加，此时柱纵向钢

22、筋可能因下料太短，锚固长度无法满足抗震性能要求，所以必须预先计算下料才能准确可靠。63 混凝土的浇注施工(1)对节点部位不同混凝土的强度等级的浇筑顺序和浇筑混凝土的强度等级要严格检查，防止低等级混凝土注入高等级混凝土部位。柱子混凝土强度等级高于梁板混凝土强度等级不超过一级(以混凝土强度等级级差5 MPa为一级)时，或柱子混凝土强度等级高于梁板混凝土强度等级不超过二级，但节点四周均有框架梁时，节点核心区的混凝土可与梁板相同；当不符合上述规定时，梁柱节点核心区的混凝土按柱子混凝土强度等级单独浇注，然后在混凝土初凝前浇捣梁板混凝土，并加强混凝土的振捣和养护。(2)验收时，有必要加强对节点核心区、构造

23、柱的混凝土试块留置，以控制强度质量。64 框架填充墙及短柱641 框架填充墙近年来国内外几次强烈地震的震害表明，墙体材料尽管作为非结构构件，但仍参与承担了地震作用，而且往往是在中等地震作用下，主体框架结构还没有破坏，填充墙已遭受严重破坏。因此，框架填充墙质量的好坏，关系到整个框架结构的抗震性能。(1)填充墙与柱的拉结一般是通过设置水平筋来联接的，在工程中往往表现为：砌筑时拉结筋拉结筋的锚固不牢，目前工程上大多采用拉结筋后置方式机械钻孔锚固于混凝土内，存在钻孔太浅或注胶不牢；拉结筋的位置与砌块模数不相符，拉结筋伸入砌体内的长度不足等。(2)填充墙除了设置水平拉结筋外，按照有关标准图集要求，填充墙

24、中还须有设置混凝土连系构件的抗震构造。填充墙高度大于4 m时，应在墙高一定部位设置水平钢筋混凝土连系梁；墙长大于5 m时应在墙顶按15 m间距设置固定件，同时对墙长大于2倍层高时，应在墙长中部设置构造柱(先砌墙后浇柱)。这样既可以通过纵向的柱、梁将大片墙体分割为小单元，增强抗震性能，也可以减少墙体面积过大，干缩变形后形成的收缩裂缝。(3)在一些填充墙体中，除门窗洞口外还经常附着一些配电箱和消防箱的洞口，这些预留洞El深浅不一、高低错落，洞口之间也仅用很短的墙体相连接，墙体整体性、稳定性差，抗震性能可想而知。针对这种现象，要有抗震性能延伸设计意识，不能一味按图施工，而应该采取抗震加固构造的措施。

25、(4)在一些框架结构主体工程检查中，经常能发现一些无约束端的单面(片)墙体，墙体一端或两端均没有与其它构件相连接，有些甚至位于外(围护)墙部位，抗震性能很差，对此应在无约束端参照砌体结构构造详图(11G1011)标准图集中的做法加设钢筋混凝土边框来进行约束、加固。(5)填充墙砌体强度除与材料质量有关外，还与施工质量密切相关。施工砂浆强度偏低和易性差，灰缝砂浆不饱满，组砌不合理等都会降低砌体的强度。砌体强度不足，抗震性能差，经强烈地震，墙体会出现压裂、压碎、剪断、拉裂等现象，有的甚至倒塌。642 短柱框架柱间的填充墙不到顶，或房屋外墙在混凝土柱间局部高度砌墙，使这些柱子处于短柱状态。所谓短柱，一

26、般指Hnb4Hn为柱净高，b为柱截面的长边)的柱。一方面短柱能吸收较大的地震剪力；另一方面短柱只有极小的剪切变形，因此易造成剪切脆性破坏。当填充墙体形成短柱时，应对柱全高加密箍筋。65 防震缝及施工缝651 防震缝防震缝作为抗震构造措施之一，施工时要严格按设计要求设置防震缝并保证其宽度，施工中应防止施工材料、杂物等落人防震缝内，浇注混凝土后的防震缝两侧模板应拆除，以保证地震时两独立建筑部分不引起碰撞、挤压，减少地震的破坏程度。对抗震设防烈度6度以上的房屋，所有的伸缩缝、沉降缝均应符合防震缝的要求。652 楼梯施工缝强烈地震下，楼梯作为重要的逃生通道，在地震来临时担任着重要的角色。楼梯的结构是直

27、接或间接与主体结构相连的，梯段板在施工中往往存在施工接缝，接缝位置一般设在板跨LO4处，在施工中，接缝处施工前泥砂若未清除干净，混凝土交界面未处理好，接缝处极易形成薄弱部位，抗震性能就较差，所以必须严格控制施工质量。提高抗震性能施工质量的设计延伸性由于目前混凝土框架结构的设计图纸主要采用平表图示法来表达，具体节点构造大样往往通过标准图集进行补充说明，而标准图集则是一个通用系统，因此单位工程施工过程中就要对标准图集的构造节点大样有选择的使用，这一点反映了抗震性能施工质量的设计延伸性。例如：框架结构顶层梁柱端节点的钢筋搭接问题，该节点是框架结构中比较特殊的部位，其受力状态较为复杂，特别是在地震作用

28、下，该节点刚度易退化，对整个框架的整体抗震性能至关重要，国标11G101标准图集给出钢筋梁内搭接和柱内搭接两种方式，该结点存在两种方法的选择、具体做法不仅因柱外侧配筋率和其他边界条件不同在构造上也有所变化，而且还受钢筋加工、模板搭设、施工缝留设等施工因素影响。因此，施工质量监控中就要求对设计施工图纸进行延伸性设计。七 结束语总之，优化混凝土框架建筑工程的抗震性能措施很多，在此，通过多年工作经验和分析列举了：施工原材料方面、钢筋的加工制作与安装、混凝土的浇注施工、框架填充墙及短柱、防震缝及施工缝等核心施工环节，这几点对优化混凝土框架抗震性能，具有积极和重要的意义。通过对钢筋混凝土框架结构的学习和了解，我明白在抗震地区钢筋混凝土框架结构既安全又经济合理，对一些多层与高层的房屋具有一定的优越性，当然层数越多，就越不优越。近年来的一些特大地震， 让人们对房屋的抗震有了新的要求。在今后的设计作业当中，我应当学习如何做好抗震设计，达到“小震不坏、大震不倒”的抗震设防要求。因为做好结构的合理布置和采取必要的抗震构造措施,这是做好抗震设计的非常必要的前提条件。结构的合理布置及采取必要的抗震构造措施是我们减轻震害的最根本、最有效的措施。【参考文献】：1 GB 50011-2011.混凝土结构设计规范。2 王文睿：建筑抗震设计，中国建筑工业出版社2011年版