混凝土框架结构抗震概念设计与结构措施

（卓远天成（北京）环境工程技术有限公司西安办事处 陕西 西安 518057）

【摘 要】混凝土框架结构是工业及民用建筑中最常用的一种结构形式，本文从抗震结构破坏的角度出发，擅述了框架结构设计中的强柱弱梁，强剪弱弯，强压弱拉，强节点弱杆件，避免短柱效应的概念设计理念，并据笔者多年经验提出了结构处理措施。

【关键词】强柱弱梁；强剪弱弯；强压弱拉；强节点弱杆件；短柱效应

Seismic conceptual design of concrete frame and structural measures

Li Dang-feng

(Zhuoyuan Tiancheng (Beijing) Environmental Engineering Technology Co., Ltd. Xi'an Office Xian Shanxi 518057)

【Abstract】Concrete frame structure is the most commonly used in industrial and civil construction of a structure, this structural damage from the seismic point of view, good out of the frame structure of the strong column weak-beam, strong shear weak bending, pulling extreme pressure Ruo, strong nodes weak bar, to avoid the short column effect of conceptual design ideas, and many years of experience, according to the author proposed a structure measures.

【Key words】Strong column weak-beam;Strong shear weak bending;Forced weak pull;Strong node weak bars;Short column effect

1. 混凝土框架结构中的强柱弱梁是指使框架结构塑性铰出现在梁端的设计要求。

用以提高结构的变形能力，防止在强烈地震作用下倒塌。我们知道对于框架结构建构筑物，柱破坏了其整个建构筑体都会倾覆，而梁破坏则仅是某个区域失效，因此柱较梁而言破坏的损害性更大。在结构设计过程中采用以下措施来保证强柱弱梁：

1.1 严格控制柱轴压比；抗震设计的设防目标为小震不坏，中震可修，大震不倒，我们目前的计算均是基于小震下进行的，若小震下柱子轴压比过高，则大震下将对边柱产生一个不小的附加轴力（有文章指出约增加30%），则柱子根本不可能有这点安全储备，在中震下就有可能破坏，又何谈大震不倒呢？。笔者认为轴压比在任何情况下都不能大于0.9%。

1.2 对柱断面及配筋设置时应分部位处理，建议边柱，角柱应适当加强，特别是角柱，建议应全柱加密箍筋，且配筋率不宜小于1%，所有框架柱，不包括小截面柱，建议纵筋均应大于20，且柱筋品种不宜过多，矩形截面柱尽可能对称配筋。

1.3 梁断面配筋时，建议应配足底部正筋，而支座处负筋应通过调幅让其适当降低（常用0.85），以使地震作用下能形成梁铰机制，保证柱端的实际受弯承载力大于梁端的实际受弯承载力。

2. 混凝土框架结构中的强剪弱弯是指使钢筋混凝土构件中与正截面受弯承载能力对应的剪力低于该构件斜截面受剪承载能力的设计要求。

用以改善构件自身的抗震性能。强剪弱弯通俗点说就是使结构构件在发生受弯破坏前不先发生剪切破坏。弯曲破坏和剪切破坏是钢筋混凝土构件在地震作用下常见的破坏形式。弯曲破坏是延性破坏，是有前期预兆的――如开裂或下挠等，而剪切破坏是一种脆性的破坏，瞬时的发生，没有任何前期的兆示，一旦发生，将是致命性的。结构设计过程中保证强剪弱弯措施主要表现在提高作用剪力设计值，调整抗剪承载力两个方面：

2.1 提高作用剪力设计值（1）对于一、二、三级框架梁，剪力设计值应分别乘以增大系数1.3，1.2，1.1。（2）对于一、二、三级框架柱，剪力设计值应分别乘以增大系数1.6，1.4，1.2。

2.2 对于调整抗整承载力方面，为防止梁，柱端发生斜压破坏，规范对受剪截面规定了受剪承载力上限，即规定了配箍率的上限值（梁柱加密区的箍筋加密）。

2.3 对于剪切力特别大的梁端,最好的办法是进行梁端加腋角。

3. 混凝土框架结构中的强压弱拉是指使钢筋混凝土工程构件在设计中应使受拉区钢筋的屈服先于受压区混凝土的破坏。

我们知道对于钢筋混凝土工程构件而言，合理的承载受力状态为混凝土受压，钢筋受拉且平衡外力，但混凝土与钢筋的力学性能相差并不小，混凝土从受压到压碎，变形量很小，属脆性破坏；钢筋受拉从屈服到拉断，变形过程很长，延性良好；因此保证了强压弱拉即保证了钢筋混凝土构件的延性破坏机制，防止了脆性破坏机制。结构设计过程中采用以下措施来保证强压弱拉：

3.1 对压弯构件（多为框架柱），严格控制轴压比――压弯构件的轴力越小延性越好。

3.2 限制受拉配筋率（鉴于框架底层柱底过早塑性屈服，影响框架塑性机制发展，《抗规》规定：框架底层柱底的组合弯矩设计值应考虑效应调整，一级抗震等级乘以增大系数1.5，二级抗震等级乘以增大系数1.25）。

3.3 在裂缝满足的条件下，尽可能采用强度等级高的混凝土材料。

4. 混凝土框架结构中的强节点弱杆件是指节点的承载力不应低于其连接构件(梁、柱)的承载力，梁柱纵筋在节点区应有可靠的锚固。

在竖向荷载和地震作用下，框架节点主要承受柱传来的轴向力、弯矩、剪力和梁传来的弯矩、剪力。节点区的破坏形式为由主拉应力引起的剪切破坏。如果节点未设箍筋不足，则由于抗剪能力不足，节点区出现多条交叉斜裂缝，斜裂缝间混凝土被压碎，柱内纵向钢筋压屈。国内外大地震的震害表明，钢筋混凝土框架节点在地震中多有不同程度的破坏，破坏的主要形式是节点核芯区剪切破坏和钢筋锚固破坏，严重的会引起整个框架倒塌。节点破坏后的修复也比较困难。框架节点是框架梁柱构件的公共部分，节点的失效意味着与之相连的梁与柱同时失效。另一方面，混凝土构件中钢筋屈服的前提是钢筋必须有可靠的锚固，相应地塑性铰形成的基本前提也是保证梁柱纵筋在节点区有可靠的锚固。因此结构设计过程中采取以下措施来保证强节点弱杆件：

4.1 一般一、二级框架节点核芯区考虑节点剪力时应考虑节点剪力增大系数，一级取1.35，二级取1.2，其截面验算及构造措施应严格按《抗规》附录D 框架梁柱节点核芯区截面抗震验算。

4.2 任何时候框架节点核芯区箍筋的最大间距和最小直径都应按《抗规》6.3.8条作为控制限值，其配置量不应小于其，一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于0.12、0.10和0.08且体积配箍率分别不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。柱剪跨比不大于2的框架节点核芯区配箍特征值不宜小于核芯区上、下柱端的较大配箍特征值。

4.3 框架梁和框架柱的纵向受力钢筋在框架节点区的锚固和搭接应严格按遵从《混凝土规范》11.6.7条。

5. 混凝土框架结构中的短柱效应是指在同一层楼中柱长度原以楼层高度设计。

然实际上部分柱子因与窗台矮墙（矮墙上的窗洞由矮墙与框架柱〈或框架柱边与洞侧边很窄墙体〉形成）相连，受其侧向束制作用影响，或柱子本身在其层高中部有侧向层间梁产生束制影响，使柱子的有效长度减短，以致柱的刚度大为增加。地震来临时，因此短柱的刚度大，而较其它正常柱吸收更大的水平地震力，引致此短柱剪应力超过负荷而开裂破坏（此破坏为剪切破坏）。短柱效应在设计中是一个很容易被忽视的问题，发生短柱主要原因是窗台矮墙及楼梯平台板层间梁处产生；因框架结构中墙体皆用非结构墙（窗台矮墙亦此），而楼梯处计