浅谈框架震害分析与抗震措施

威海市城建建筑设计院有限公司

【摘 要】我国大多地区采用框架结构，框架结构平面布置灵活，能满足大空间满足立面要求。实验研究，框架结构均有一定的延性和一定的抗震性。若设计不当，也能产生较严重的破坏。从历年的地震灾害中，人们意识到要着眼于结构总体地震反应，合理选择建筑体系和结构类型。

【关键词】平面不规则；竖向不规则；抗震性能

前言

地震是一种灾害性的自然现象，5级以上才对建筑物产生灾害，2008年5月12日，四川汶川8.0级地震，死亡8.7万人，伤人数38万，直接经济损失8451亿元，占GDP2.7%。地震破坏多为房屋倒塌，结构破坏造成的。所以应该认清地震形式及掌握一些建筑抗震的措施。

一、地震就是地壳的运动产生断裂、错层、释放能量，以波的形式传到地面，就形成了地震

我国大多地区采用框架结构，框架结构平面布置灵活，能满足大空间满足立面要求。实验研究，框架结构均有一定的延性和一定的抗震性。若设计不当，也能产生较严重的破坏。

1.框架结构平面不规则，结构的刚度中心与质量中心不一致，地震中产生扭转效应而导致结构破坏。地震力是一种惯性力，与建筑物的质心位置有关系，是作用在质心上的。框架的抗侧力构件形成了刚心。地震力是作用在刚心上的。二者不一致就产生扭转效应，对建筑物的边框架影响较大。1995年，日本阪神大地震中，锯齿形的房屋产生整体的扭转破坏，角柱破坏严重；1999年台湾彰化富贵名门大厦平面布置不规则为C型，16层钢筋混凝土大楼向内倾倒，砸向另外一座楼。

2.竖向不规则破坏，结构沿着竖向发生质量或刚度的突变，形成薄弱层，产生较大的塑性变形，甚至倒塌。如：美国橄榄景医院，一～二层为框架结构，二层框架有较多的砖砌体填充墙，三层～六层为框架-抗震墙结构，这就造成了上刚下柔，刚度相差悬殊。1972年，美国的圣费尔南多地震中，这种结构房屋底层发生了严重倾斜。柱子上端发生了600mm的偏移。

从历年的地震灾害中，人们意识到要着眼于结构总体地震反应，合理选择建筑体系和结构类型。解决房屋抗震的基本问题，针对上述震害，在建筑平面布置和竖向布置时，及结构体系选择时，应遵循一下原则：

结构平面布置应简单规则，简面一般多为凸行，如方形、多边形、圆形等；复杂的平面多为凹型的，凹角的地方容易形成应力集中或者变形集中，产生抗震薄弱环节。如：T型、+型等。

二、建筑物竖向布置应连续、均匀

结构体系沿着竖向质量、强度、刚度不均匀布置，在地震作用下，某一部位率先达到屈服，出现较大的弹塑性变形。从而建筑物破坏。如：收进型的，立面突然收进，凹角处产生应力集中。大底盘型的，裙楼与主楼相连，刚度突变，交接处产生塑性变形。底层大空间、多塔型建筑，底部连在一起，都属于竖向布置不规则的。

（一）对于体型复杂建筑采用以下两种处理方案

1.细致的抗震分析，对建筑物进行精细的抗震计算和受力分析，估计其局部应力，变形集中和扭转影响，判断易损部位，采取加强措施提高变形能力。

2.设置建筑抗震缝，采用抗震缝将复杂的平面分割成简单规则的单元，防震缝的最小宽度要满足规范要求，否则缝小了会引起相邻两单元之间的碰撞。

（二）结构体系的选择原则

结构屈服机制，根据构件屈服的位置与顺序分为两种类型的屈服机制：

1.总体屈服机制，指结构的水平构件要先与竖向构件屈服，塑性铰首先出现在梁上，结构不会形成破坏机构。

2.层间屈服机制，制结构的竖向构件先出现屈服，塑性铰出现在柱上，整体侧向屈服。工程中采用墙柱弱梁来实现总体屈服机制。具有较强的耗能能力，在水平构件屈服的情况下，仍能相对稳定的竖向承载能力，可以继续经历变形而不倒塌。

三、设置多到抗震防线结构振动控制

传统的抗震设计方法依靠结构的刚度、延性、及强度来抵御地震作用，结构在抵御地震作用的同时，也会产生较大的变形并导致结构的损伤。现在设计工作者探索新的积极的抗震方法， 以隔震、减震、制震技术为特点的结构振动控制方法。

（一）结构振动控制方法分为四类

1.结构隔震，采用某种装置，将地震与结构隔开，阻隔地震波向结构的传播，减弱地震动力。

2.结构消能减震和阻尼减震，在结构的某非承重构件，如节点或者支撑处设置阻尼器，在强烈地震作用下，阻尼器进入非弹性变形状态，产生较大阻尼，消耗输入结构的能量，保护主体结构在地震作用下不破坏。

3.结构被动控制减震。在建筑物顶部设置附加的子结构当主结构，这种方法改变原结构的动力特性，降低结构动力反应。无需能源装置支持系统工作。

4.结构主动控制减震。实为计算机控制的伺机控制系统， 利用外部能源在结构的振动过程中，瞬间改变结构动力特性并施加控制力以衰减结构振动反应。

（二）工程中为了提高框架的抗震性能，结构设计中还会采取如下结构措施加强框架的角柱

角柱处于双向偏压状态，受力复杂，受周边横梁约束较弱，是连结纵横框架的枢纽，要增加框架的空间整体性，就要加强角柱的抗剪性能。

1.沿周圈框架平面按K形支撑和X形支撑布置一定数量的钢筋砼抗剪墙板或配筋砌块抗剪墙板，能有效克服框架的剪力滞后现象，显著提高框架的整体性和抗推刚度，减少结构的整体侧移，特别有利于减小层间侧移。但这种结构的延性较差，因此，可以在墙板上开十字形结构竖缝使之出现薄弱部位，形成延性耗能墙板。

2.设置偏交斜撑等赘余杆件，用弯曲耗能代替轴变耗能，其中折曲撑由钢纤维砼杆制造，偏心连结支撑可用钢杆或劲性钢筋砼杆组成。在强烈地震作用下，一方面可利用这些赘余杆件的先期屈服和变形来耗散能量，另一方面当赘余杆件破坏或退出工作后，使得结构由一种稳定体系过渡到另一种稳定体系，引起结构自振周期的改变，以避开地震卓越周期的长时间持续作用所引起的共振效应。

3.我们在设计过程中增加柱的抗震能力，真正实现“强柱弱梁”。规范实现“强柱弱梁”的办法是框架结构的抗震等级调整设计内力，再进行配筋。但是小震下的弹性设计内力与大震下的结构弹塑性内力的不一致，造成了即使按调整后的弹性内力进行配筋，柱的实际抗弯承载力也不一定比梁的大，也就无法实现“强柱弱梁”的要求。规范要求的按梁柱实配钢筋验算，其承载力只针9度区的一级框架，因此大部分框架结构设计时实际未按这一条执行。汶川地震中一些7层以上的框架结构柱截面较大，配筋较多，震害较轻。这说明柱截面和配筋是钢筋混凝土框架抗倒塌的关键。其次重视填充墙产生的刚度突变。当填充墙或隔墙各层布置均匀时，可不考虑；如果各层布置不均匀，尤其是底层少填充墙或隔墙时，应考虑其设置对结构抗震的不利影响，避免设置不合理而导致主体结构的破坏。

四、结束语

总之，合理的设计结构的延性，再通过结构本身的设计，采用结构抗震系统的一系列措施保证结构的抗震承载力，均能实现框架结构的良好抗震性能。

参考文献：

[1]柳炳康主编《工程结构抗震设计》武汉理工大学出版社2005年11 月