六度地震区框架结构设计要点探讨

【摘要】本文结合某工程结构设计实例，以及笔者从事建筑结构设计的实践经验，对六度地震区中框架结构体系的震害特点进行深入分析，结合所分析震害结果，提出在在六度地震区进行框架结构设计时应采用的结构设计理念，从框架结构平面布置、概念设计以及构造措施等要点出发，提出该地震区框架结构设计要点以及设计注意事项，旨在提高6度地震区的框架结构的安全性以及经济性。

【关键词】六度地震区；框架结构；抗震设计；结构设计

引言

从众多地震灾害调查结果表明，框架结构设计时其抗震设计不可忽视，而且占有重要作用，是减轻未来地震灾害最有效、最积极的措施。然而对于大多数从事结构设计的人员来说，对6度地震区的抗震设防理解并不清晰，存在一种设计思想就是认为6度地震区的框架结构不需考虑其抗震设计，因此，对于6度地震区框架结构设计时并没有严格按照抗震规范设计进行抗震设计，这导致所设计的框架结构并不利于其抗震，导致其存在一定的安全隐患。如1984年江苏南沙所发生的6.2 级地震，造成地处6度地震区的南通市3人死亡，500户房屋倒塌，海门县1000余间房屋被震坏。这事件表明了对于6 度地震区来说，也应该重视该地震区的框架结构抗震设计。本文将结合某6度地震区的宿舍楼结构设计实例，对6度地震区的框架结构设计过程中的一些问题进行深入探讨。

1 项目简介

本工程为某中学宿舍楼，该宿舍楼建筑总层数为6 层，建筑宽 15.24m，长 50.04m，占地面积为722.30m2，建筑面积为3860.50m2，结构类型为现浇钢筋混凝土框架结构。本工程结构设计使用年限为50年，该宿舍楼位于6 度抗震设防区，设计基本地震加速度为0.05g，宿舍楼的抗震设防类别为乙类，建筑结构安全等级为二级。该宿舍楼平面图见图1所示。

2 6度地震区框架结构体系特点及震害特点

2.1 框架结构体系特点

框架结构体系是指由有梁、柱等杆系构件组成的，能承受竖向和水平荷载作用的承重结构体系。其优点是建筑平面布置灵活，自身重量较轻因而产生的地震作用也较小。在结构设计时，通过采取合理抗震设计措施，将会使其具有良好的延性性能，因此能借此可以耗散地震时输入到结构中的能量。但是框架结构体系的缺点是侧向刚度较小，地震时会产生较大的水平变形，容易引起非结构构件的破坏，有时甚至造成主体结构的破坏。

2.2 6度区框架结构震害特点

即使在6度地震区，如果框架结构设计不合理将会造成框架在地震灾害中出现因强度和延性不足而发生破坏。其震害通常表现为：（1）框架柱的震害重于框架梁；角柱的震害重于内柱；短柱的震害重于一般柱；柱上端震害重于下端。（2）柱端弯剪破坏，上下柱端出现水平和斜裂缝，有时也有交叉裂缝，混凝土局部压碎，梁端形成塑性铰。（3）柱身剪切破坏，柱身出现交叉斜裂缝，箍筋屈服崩断。（4）角柱破坏，地震时房屋发生扭转，角柱受剪力最大，同时受双向弯矩作用，其约束较小，震害较大；短柱破坏，短柱能吸收较大的地震剪力，常发生剪切破坏，形成交叉裂缝甚至脆断。（5）框架梁的震害多发生在梁端。在地震作用下，梁端纵向钢筋屈服，出现上下贯通的垂直裂缝和交叉裂缝。（6）在梁负弯矩钢筋切断处，由于抗弯能力消弱也容易产生裂缝，造成梁剪切破坏，是脆性破坏；框架梁、柱节点核芯抗剪强度不足引起的破坏。（7）节点区剪压比较大时，箍筋可能尚未屈服，混凝土被剪压，酥碎破坏。（8）节点处构造措施不当引起的破坏；节点搭接不合理引起的破坏。（9）框架中填充墙的产生的震害。

3 6度地震区框架结构设计理念

对于6度地震区的建筑来说，抗震规范明确规定这些建筑不需要进行地震作用计算，但要对建筑进行抗震构造措施。因此，可以看出对于6度地震区的框架结构设计来说，更重要的偏向于对框架结构进行概念设计以及构造措施。

3.1 建筑平面和立面布置力求对称、规则，质量和刚度变化均匀。建筑平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能的影响较大，规则的布置能提高抗震性能。因此，宜选择规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免侧向刚度和承载力突变。建筑平面不规则，容易加大扭转振动、局部振动和空间振动；竖向不规则，常引起过大的局部振动和应力变形的集中。本工程中，建筑平面和立面布置均规则，有利于抗震。

3.2 严把主体结构质量关。框架结构设计上，应充分考虑抗震构造措施，选择合理的承重方案，纵、横墙应尽量对齐，上下墙体也要对齐。合理布置楼梯间，同时还要加强构造措施。圈梁、构造柱应按要求设置。当墙体有削弱时，应进行验算，必要时应予加强措施。窗间墙、墙角等细部应符合规范要求。基础设计也应满足抗震需要。在施工中,应严格按要求作好墙体砌筑、构造柱的浇灌等。

4 6度地震区框架结构设计要点

鉴于大部分结构设计人员对6度地震区框架结构设计时抗震设防的理解认识不清，并没有严格按照抗震规范设计进行框架结构的抗震设计，这将会导致的一旦发生地震，为框架结构带来严重破坏。为此，现将结合笔者结构设计实践经验，探讨对于6度地震区来说，框架结构设计要点。

4.1 严格控制轴压比，增加安全储备。混凝土柱的受压破坏是一种脆性破坏，2010版《建筑抗震设计规范》第6.3.6确规定四级框架柱的轴压比不应大于0.90，6度区多层框架结构大部分为四级框架。限制框架柱的轴压比主要为了控制框架结构的延性，因为轴压比越大，柱的延性就越差，在地震作用下柱发生脆性破坏。限制框架柱轴压比可增加安全储备。本工程中，考虑到经济的原因，轴压比一般都在0.80-0.09之间。

4.2 重视“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点和强锚固”设计。要使地震灾害最小，及要求结构具有足够的延性。要保证构件（尤其是重要构件）有足够的延性才能保证结构有足够的延性。我国的建筑抗震设计规范规定采用“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点和强锚固”进行抗震设计，以保证结构的延性。因此，在进行抗震设计时，应按照节点处梁端实际受弯承载力小于柱端实际受弯承载力进行设计；抗震设计应要求构件的受剪承载力大于其屈服时达到的实际剪力；需要对框架节点核芯区截面抗震验算以及保证纵向钢筋具有足够的锚固长度。

4.3 重视框架结构抗震构造措施。构造措施在一定程度上影响着框架结构的抗震性能，可以采用以下构造措施，提高框架的抗震性能。1）梁截面尺寸不宜小于200mm，高宽比不宜大于4，净跨与截面高之比不宜小于4；2）梁的纵向钢筋配置和端部箍筋的配置也应满足相关的规定，梁的纵向钢筋配置沿梁全长顶面和底面的配筋，四级不应少于 2Ф12，梁端加密区的箍筋肢距，四级不宜大于 300mm，以防止地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重而影响承载力和变形能力的正常发挥，梁端箍筋在6d-8d时，能提高梁的延性；3）柱的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；4）柱纵向钢筋的配置应满足最小总配筋率要求，柱箍筋在规定的范围内应加密，以提高柱的抗压能力和变形能力；5）框架节点核芯区箍筋的最大间距和最小直径宜按柱箍筋加密的要求采用。

5 结语

本文结合某框架工程设计实例以及笔者从事结构设计实践经验，对6度地震区的框架结构体系特点以及框架结构震害特点进行了系统阐述，表明6度地震区框架结构进行抗震设计的必要性。同时提出6度地震区的框架结构设计理念以及设计要点。分析表明对于6度地震区来说，框架结构设计时应该注意轴压比的控制、强柱弱梁、强剪弱弯、强节点和强锚的概念设计、建筑平面和立面布置和抗震构造措施，同时提出在设计过程中应注意的事项及相关的解决措施或方法。

参考文献：

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