張來(lái)龍

（安徽省阜陽(yáng)市勘測(cè)院，安徽，阜陽(yáng)，236002）

建筑板柱紻構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析

張來(lái)龍

（安徽省阜陽(yáng)市勘測(cè)院，安徽，阜陽(yáng)，236002）

新的抗震規(guī)范對(duì)于板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)的適用高度,作了較嚴(yán)格的規(guī)定。但是,實(shí)際工程中,對(duì)于板柱結(jié)構(gòu)還是有大量要求的,文章結(jié)合實(shí)際對(duì)板柱抗震結(jié)構(gòu)適用高度進(jìn)行了分析。

建筑；板柱結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計(jì)

板柱結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)常被采用的結(jié)構(gòu)體系,它具有不少優(yōu)點(diǎn),如施工支模及綁扎鋼筋較簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)本身高度較小,可以減少建筑物的層高,從而降低建筑物的造價(jià)等等,但由于此種結(jié)構(gòu)在遭受較強(qiáng)地震作用時(shí),其板柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能不如有梁的梁柱節(jié)點(diǎn),此外,地震作用產(chǎn)生的不平衡彎矩要由板柱節(jié)點(diǎn)傳遞,它在柱周邊將產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力,當(dāng)剪應(yīng)力很大而又缺乏有效的抗剪措施時(shí),有可能發(fā)生沖切破壞,甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的連續(xù)破壞。

一、概述

由于板柱結(jié)構(gòu)(無(wú)抗震墻者)抗震性能較差,在抗震設(shè)防烈度為 6度的地區(qū),層數(shù)不能超過(guò)四層,房屋總高不能超過(guò)16m,7度區(qū)為三層及12m,8度區(qū)為二層及 8m。(以上指未設(shè)抗震墻的板柱結(jié)構(gòu))新的抗震規(guī)范GB50011-2001對(duì)于板柱結(jié)構(gòu)作了比較嚴(yán)格的規(guī)定,例如,對(duì)于適用最大高度,6、7、8度區(qū)分別為40,35,30米;抗震墻應(yīng)能承擔(dān)全部地震作用,板柱部分能額外承擔(dān)全部地震作用的 20%;沿兩個(gè)主軸方向通過(guò)柱截面的板底連續(xù)鋼筋,有數(shù)量的要求(抗震規(guī)范6.6.9式)等等。

在抗震規(guī)范表 6.1.1,現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度中,有板柱-抗震墻結(jié)構(gòu),但是沒(méi)有不設(shè)抗震墻的板柱結(jié)構(gòu),它的意思是,不推薦采用不設(shè)抗震墻的板柱結(jié)構(gòu)。

此外,目前有一種說(shuō)法:抗震規(guī)范對(duì)于各種結(jié)構(gòu)體系的房屋,都有一個(gè)?限制高度?,這是一個(gè)誤解。的確,包括過(guò)去的抗震規(guī)范都提出了?適用的最大高度?,但這并不是?限制高度?,它的意思是,在使用該規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),并遵守規(guī)范的計(jì)算、構(gòu)造等一系列要求,各種體系在各設(shè)防烈度時(shí),該規(guī)范的適用范圍,是多少高度。例如,在8度區(qū),框架-抗震墻按該規(guī)范設(shè)計(jì)時(shí),適用到100m高度。如果建筑物高度需要高于100m,就需采取比規(guī)范內(nèi)容更嚴(yán)格的措施(包括計(jì)算與構(gòu)造),并經(jīng)過(guò)規(guī)定的審查,只要符合要求,是可以超過(guò)抗震規(guī)范表6.1.1中的高度的。總之,并無(wú)?限高?的說(shuō)法。

新抗震規(guī)范對(duì)于板柱-抗震墻的適用高度,規(guī)定得較低,這對(duì)于一般的高層建筑,是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用的。是否可以建得更高一些,可以根據(jù)從震害分析著手:

美國(guó)阿拉斯加四季公寓的倒塌,往往被認(rèn)為是板柱-抗震墻性能不好的一個(gè)例證。但從林同炎事務(wù)所的分析報(bào)告來(lái)看,該工程的設(shè)計(jì)按100%地震力由核心筒來(lái)承擔(dān),在承載力方面也是足夠的,只因施工單位在鋼筋接頭上未按規(guī)定施工,才造成嚴(yán)重破壞。

阿爾及利亞的倒塌事故,是由于該工程為純板柱結(jié)構(gòu)(樓板為雙向密勒,無(wú)梁),層高較高,跨度也較大。此種結(jié)構(gòu)不能抵抗地震是不足為奇的,也不提倡此類結(jié)構(gòu)。

綜上所述,板柱結(jié)構(gòu)的破壞主要是:

1、未布置一定數(shù)量的抗震墻,因而地震作用全由板柱框架承受。由于未布置抗震墻,此種結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)剛度又相對(duì)較弱,因此側(cè)向位移常較大。由于它延性差,抗彎和變形能力很弱,再加上 P-⊿效應(yīng),在強(qiáng)震時(shí)造成嚴(yán)重破壞甚至倒塌是很可能的。

2、板柱節(jié)點(diǎn)處,樓板抗沖切能力差。在柱子周邊板內(nèi),未設(shè)置抗沖切的鋼筋,或設(shè)置得不恰當(dāng),節(jié)點(diǎn)處不平衡彎矩對(duì)樓板造成的附加剪應(yīng)力未適當(dāng)考慮,柱周邊板的厚度不夠,使抗剪箍筋不易充分發(fā)揮作用,或柱子縱筋在節(jié)點(diǎn)處滑移。

由于這些原因,在強(qiáng)震時(shí)使墻板產(chǎn)生沖切破壞,隨之樓板墜落,造成巨大損失。明白了板柱的破壞原因,采取相應(yīng)有效的措施之后,板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震性能,將能有很大的提高,其設(shè)計(jì)強(qiáng)度也將提高。

二、板柱-抗震墻的設(shè)計(jì)建議

1、結(jié)構(gòu)布置

應(yīng)布置足夠數(shù)量的抗震墻(包括核心筒),墻的位置宜避免偏心。

在房屋周邊,應(yīng)布置邊梁,以形成周邊框架。

抗震墻的厚度不應(yīng)小于 180mm,且不應(yīng)小于層高的 1/20,底部加強(qiáng)部位的抗震墻厚度不應(yīng)小于 200mm,且不應(yīng)小于層高的 1/16(可取層高及無(wú)支長(zhǎng)度二者中較小值計(jì)算)。

單片抗震墻的兩端應(yīng)設(shè)置端柱,樓層處應(yīng)設(shè)置暗梁。筒體墻的端部應(yīng)設(shè)置端柱或暗柱,樓層處應(yīng)設(shè)置暗梁。

抗震等級(jí)的選用:可比抗震規(guī)范表 6.1.1中之?板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)?一欄所規(guī)定者,提高一級(jí),但原為一級(jí)者,不必提高(房屋高度不超過(guò)抗震規(guī)范中的規(guī)定時(shí),抗震等級(jí)不必提高)。

2、設(shè)計(jì)計(jì)算

抗震墻(核心筒)應(yīng)承擔(dān)結(jié)構(gòu)的全部地震作用,各層梁柱框架應(yīng)能承擔(dān)不少于各層全部地震作用的 20%,也即,墻與框架承擔(dān)的地震作用總和為120%的全部地震作用。板柱框架不考慮承受地震作用,但仍應(yīng)按抗震構(gòu)造。

當(dāng)房屋高度超過(guò)抗震規(guī)范表6.1.1之規(guī)定值時(shí),其樓層的最大彈性層間位移角限值應(yīng)取為1/1000。

樓板在柱周邊臨界截面的沖切應(yīng)力,宜控制在較低水平,一般不宜超過(guò)允許值0.7ft的75%。

當(dāng)?shù)卣鹱饔媚軐?dǎo)致柱上板帶的支座彎矩反號(hào)時(shí),應(yīng)驗(yàn)算圖中虛線截面的沖切承載力。

板柱結(jié)構(gòu)在地震作用下按等代框架分析時(shí),其等代梁的寬度采用:（1）框架方向跨度的3/4

（2）垂直于等代框架方向柱距的1/2 兩者中的小值。

沿兩個(gè)主軸方向通過(guò)柱截面的板底連續(xù)鋼筋的總截面面積,應(yīng)符合下式要求:

AS≥NG/fy

式中,AS——板底連續(xù)鋼筋總截面面積。可按每方向1/2AS配置,此鋼筋應(yīng)位于柱截面范圍內(nèi)。

NG——各層樓板傳到柱子的軸壓力,取設(shè)計(jì)值

fy——該連續(xù)鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

應(yīng)考慮由于板柱節(jié)點(diǎn)處的不平衡彎矩引起的附加剪應(yīng)力。

3、構(gòu)造

8度時(shí)宜采用有托板的板柱節(jié)點(diǎn),托板根部的厚度(包括板厚)不宜小于柱縱筋直徑的16倍。托板的邊長(zhǎng)不宜小于4倍板厚及截面相映邊長(zhǎng)之和。7度時(shí)也宜盡可能設(shè)置托板。

宜在柱上板帶中設(shè)置暗梁。暗梁寬度可取柱寬及柱兩側(cè)各1.5倍板厚。暗梁支座上部鋼筋面積應(yīng)不小于柱上板帶鋼筋面積的50%(此鋼筋可作為柱上板帶負(fù)彎矩鋼筋的一部分),暗梁下部鋼筋不宜少于上部鋼筋的1/2。

暗梁箍筋的配置:當(dāng)計(jì)算不需要時(shí),箍筋直徑不小于8mm,間距≤3/4h0,肢距≤2h0;當(dāng)計(jì)算需要時(shí),箍筋直徑按計(jì)算確定,但不小于 10mm,間距≤0.5h0, 肢距≤1.5h0,h0為板截面有效高度(不包括托板厚度)。

柱上板帶支座處暗梁的上部鋼筋,至少1/4應(yīng)在跨度方向通長(zhǎng)。

盡可能采用高效能的?抗剪栓釘?,以提高板柱結(jié)構(gòu)的抗沖切性能。

三、小結(jié)

當(dāng)設(shè)計(jì)及構(gòu)造采取上述全部建議后,作者認(rèn)為,此類結(jié)構(gòu)的適用高度,可按抗震規(guī)范表6.1.1中框架-抗震墻結(jié)構(gòu)取用。

TU691

A

1674-3954（2011）02-0098-01