【摘要】我國屬地震多發(fā)國家,因此抗震性能較好的鋼筋混凝土框架結構在建筑中得到廣泛應用。但事實證明,我國很多鋼筋混凝土框架結構建筑依然存在很多震害現象。本文通過對鋼筋混凝土框架結構的特點及震害的分析,提出了一些改善和提高鋼筋混凝土框架結構抗震性能的相關措施,希望能對我國建筑抗震設計的改進和施工質量的提高起到借鑒作用。
【關鍵詞】鋼筋混凝土;框架結構;抗震性能
1、引言
鋼筋混凝土框架結構是指由鋼筋混凝土梁和柱連接而成,共同構成承重體系的建筑結構,該結構建筑的墻體都為自承重墻,僅起到分隔和圍護的作用。鋼筋混凝土框架結構因其具有平面布置靈活和抗震性能好等優(yōu)點,在工業(yè)與民用建筑中得到了廣泛的應用。但是,近幾年我國地震頻繁發(fā)生,暴露出我國很多鋼筋混凝土框架結構的基礎設施與建筑物的抗震性能依然較差,震害比較嚴重,造成了人員傷亡和經濟損失。因此,分析鋼筋混凝土框架結構的特點及造成震害的原因,并以此為基礎提出科學合理的抗震措施,對完善我國鋼筋混凝土框架結構的抗震設計,優(yōu)化我國鋼筋混凝土框架結構建筑的抗震性能,減少地震造成的損失具有十分重要的意義。
2、鋼筋混凝土框架結構的特點及震害分析
2.1鋼筋混凝土框架結構的特點
鋼筋混凝土框架結構的特點是自重比較輕,具有較好的抗震性能。其主要構件是柱和梁,分別承受使用過程中的豎向荷載與水平荷載,其屋蓋和樓板的荷載經過板傳給梁,又由梁傳給柱,再由柱傳給基礎。通過合理的設計,鋼筋混凝土框架結構能夠具有良好的延性性能,有效耗散地震造成的輸入能量。但同時也具有明顯的缺點,就是其側向剛度較小導致抵抗水平荷載的能力較低,在地震作用下水平變形較大,進而造成非結構構件的破壞。當建筑結構較低時,水平變形以剪切變形為主,由鋼筋混凝土框架柱的彎曲變形與節(jié)點轉角引起;當建筑結構較高時,水平變形則表現為彎剪型,過大的水平位移引起較大的P-△效應,使結構損傷更為嚴重,甚至出現極少數倒塌現象[1]。
2.2鋼筋混凝土框架結構的震害分析
總的來說,鋼筋混凝土框架結構的震害分為柱、梁及梁柱節(jié)點等結構構件破壞和填充墻等非結構構件破壞兩類。
(1)鋼筋混凝土框架柱的破壞 一般情況下,地震對鋼筋混凝土框架柱的破壞重于梁,柱頂端的破壞重于柱底,角柱的破壞重于中柱和邊柱,短柱的破壞重于一般柱。由于鋼筋混凝土框架柱的兩端彎矩較大,故柱的兩端極易發(fā)生彎剪破壞,形成水平裂縫和斜裂縫,有時甚至形成交叉裂縫,并進一步導致箍筋嚴重扭曲而崩斷。而在柱底部分的水平裂縫處,局部混凝土會被壓碎,進而導致縱向受力的鋼筋發(fā)生屈曲暴露出柱體表面。
(2)鋼筋混凝土框架梁的破壞 鋼筋混凝土框架梁的破壞一般發(fā)生在梁端,其主要原因是梁端部分的剪力和彎矩都比較大,而且在地震中會反復受力。另外,在梁端處的鋼筋端部常出現錨固不好、縱筋和箍筋配筋不足等情況,這些原因都會導致梁端縱向鋼筋屈服,形成垂直裂縫或交叉裂縫,使梁端在地震中被嚴重破壞??偟膩碚f,地震對鋼筋混凝土框架梁的破壞沒有柱的破壞嚴重,并且屬于框架結構的局部破壞,故通常不會引起建筑的整體倒塌。
(3)鋼筋混凝土梁柱節(jié)點的破壞 在地震中,鋼筋混凝土梁柱節(jié)點是最易被破壞的區(qū)域之一,其主要包括剪切破壞與鋼筋錨固破壞。造成梁柱節(jié)點易被破壞的主要原因有:一是梁柱節(jié)點區(qū)域的箍筋綁扎十分困難,故在施工時經常出現箍筋配置不足或未設箍筋的情況[2];二是梁柱節(jié)點處箍筋的綁扎不牢固,導致在振搗混凝土時箍筋下滑至柱頂區(qū)域;三是梁柱節(jié)點核芯區(qū)的鋼筋過密,導致節(jié)點處的混凝土澆筑質量下降。這些原因都會降低梁柱節(jié)點的抗剪能力,造成震害。
(4)填充墻體的破壞
鋼筋混凝土框架結構中的填充墻體多為磚砌體,只用于分割和圍護空間,與框架結構缺乏有效連接,其具有承載力低、剛度大、變形性能差和抗剪強度低等特點。因此,在地震水平作用力下,填充墻體極易沿柱周邊出現斜裂縫和交叉裂縫,并且這種破壞發(fā)生的早且嚴重。
3、提高鋼筋混凝土框架結構抗震性能的措施
3.1合理設計鋼筋混凝土框架結構的構造
在進行鋼筋混凝土框架結構設計時,必須對其抗震性進行充分的考慮,合理的設計方案應具有良好的承載力、穩(wěn)定性、剛度及延性等特點。由于在地震中不規(guī)則建筑平面極易導致局部和扭轉振動的發(fā)生,而不規(guī)則建筑立面極易導致建筑物應力變形集中以及局部振動過度等現象,因此,在進行鋼筋混凝土框架結構設計時,應合理布置構造柱、梁、樓梯以及窗間墻等構件,保證抗側力構件的對稱;同時應使縱橫墻及上下墻對齊,保證豎向抗側力、剛度及質量的均勻。另外,應重視“強柱弱梁、強節(jié)點弱錨固、強剪弱彎”的設計原則,并嚴格限制框架結構的軸壓比,提高鋼筋混凝土框架結構的延性,減少鋼筋混凝土柱的脆性受壓破壞,有效提高建筑物的抗震性能。
3.2嚴格管理鋼筋混凝土框架結構的施工
(1)施工原材料的選擇 在鋼筋混凝土框架結構中,鋼筋的性能和混凝土的強度等級都直接關系到建筑的抗震性能。為了實現鋼筋混凝土框架結構“強柱弱梁、強剪弱彎”的要求,應注意控制鋼筋的屈服強度、實際抗拉強度以及強度標準值間的關系,避免超強過多,使鋼筋充分發(fā)揮其延性性能。為了減少鋼筋混凝土框架梁柱的柱軸壓比及剪壓比,應適當提高混凝土的強度等級,有效提高框架結構的整體延性。
(2)鋼筋的制作與安裝 在地震時,鋼筋混凝土框架柱或梁端的截面會出現彈塑性狀態(tài),可能導致縱向鋼筋伸入梁柱節(jié)點的錨固在鋼筋與混凝土間的粘結破壞中失效[3],因此必須確保其錨固長度和錨固形式的可靠性。另外,框架節(jié)點的箍筋可有效約束混凝土和縱向受壓鋼筋,防止縱向鋼筋被壓屈,所以在加工時,必須保證其平直段的長度符合要求;在現場綁扎時,梁、柱交接處及梁上有集中荷載處必須使用箍筋,不可漏放,特別是核心區(qū)還應按加密要求布置。
(3)混凝土的澆注 鋼筋混凝土框架的不同部位對混凝土強度等級的要求是不同的,因此在澆筑時,必須嚴格檢查混凝土的強度等級及其澆筑順序,防止高等級混凝土部位被注入低等級混凝土。在驗收時,必須加強對節(jié)點核心區(qū)及構造柱的混凝土試塊留置,以便控制強度質量;同時還應注意混凝土的振搗及養(yǎng)護。
(4)填充墻體的加固 在地震中,砌體強度不足的填充墻體會出現壓裂、壓碎、拉裂和剪斷等現象,有的甚至會倒塌。因此,應該對填充墻體采取設置水平拉結筋和混凝土連系構件等加固措施,提高填充墻體的抗震性能。
4、結束語
本文通過對鋼筋混凝土框架結構特點及震害的分析,從設計和施工兩方面得出了一些優(yōu)化其抗震性能的措施。但由于不同地區(qū)的地震特點不同,對鋼筋混凝土框架結構的抗震設計方法和抗震措施的實施也要區(qū)分對待,選擇各地更為適合的抗震設防方法,這就需要相關的工作人員不斷努力研究,不斷優(yōu)化抗震措施來有效減少地震對我國的損害。
參考文獻
[1]張婧,高衡山.鋼筋混凝土框架結構的抗震分析及施工質量的控制措施[J].科學之友,2012(8).
[2]崔海濤.建筑框架結構設計中的抗震技術綜述[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2012(2).
[3]彭莉華.混凝土框架結構抗震施工質量控制探討[J].科學之友,2011(12).