房屋建筑框架结构抗震设计要点
摘要：我国现行的房屋建筑在地震灾害中，框架结构往往严重破坏。为了实现房屋的正常使用功能，保证房屋建筑质量，保障人民群众的生命财产安全，本文结合地震灾区的房屋破坏状况，探讨了房屋建筑框架结构抗震的设计要点。
关键词：房屋建筑；框架结构；抗震；设计要点；措施
Abstract: The current housing construction in the earthquake disaster, the frame structure is often severely damaged. In order to achieve the normal use of the housing function to ensure the quality of housing construction, to protect people’s lives and property of this paper to undermine the status of the earthquake-stricken areas of housing, of housing construction on Seismic design points.
Keywords: housing construction; frame structure; earthquake; design features; measures.
在抗震设防地区建设房屋，由于钢筋混凝土框架结构或框剪结构等结构形式的房屋比砌体结构有较好的延性性能和整体变形能力，因而得到广泛的应用。但钢筋混凝土框架结构工程的性能要求，比之砖砌体工程和一般钢筋混凝土结构工程有其特殊性，本文就抗震设防对框架结构的延性和钢筋要求,进行分析研究。
1.框架结构在地震中的主要破坏形态
框架结构房屋，由于其抗震性能较好，极少发现整体垮塌的现象，但框架结构由于材料施工质量和建筑布局等原因，部分结构构件和填充构件发生了一定程度的破坏,其主要表现在以下几个方面:
1.1 节点破坏其主要原因是梁柱节点箍筋不足甚至没有，节点抗剪能力差。一种情况是节点区的箍筋绑扎不够牢靠，振捣混凝土时，箍筋往下滑移至柱顶区域；另一种情况是节点区箍筋绑扎困难，施工时根本就没有配置箍筋。
1.2 箍筋弯钩长度过短，地震时锚固失效，丧失了对纵筋的支撑和对核心混凝土的约束。
1.3 对填充墙的认识不足，如窗下墙使框架长柱变成短柱，发生剪切破坏。
1.4 底层填充墙很少或没有，造成刚度太小形成薄弱层破坏，框架结构极少发现整体垮塌的现象。
1.5 结构之间的变形缝间距普遍太小，且建筑和结构的构造不合理，导致在地震中出现相互碰撞的情况由于建筑物高度不大，尚未产生严重后果但表面破损严重，会给使用人造成心理压力，影响震后的使用，框架填充墙体破坏严重。
2．现有规范、设计、或施工中的不足
框架填充墙体在地震中对结构的影响非常值得工程设计者的深思。非结构构件的填充墙体，在地震作用中十分复杂，根据材料的不同以及和主体结构的关系，其将对结构产生不同程度的影响。
2.1在平面内，改变主体结构的侧向刚度的分布，从而改变各构件之间的地震内力分布状态；在竖向，改变结构层刚度的变化，导致薄弱层的出现。
2.2给主体结构的地震分析带来困难，不易选取合适的结构抗震分析模型，不易正确地估计地震反应从目前我国规范来讲，处理填充墙对结构侧向刚度贡献时，通常考虑将结构自振周期折减，从而放大地震作用来整体考虑，而未考虑平面及竖向填充墙体布置的不同对结构的影响。
2.3填充墙处理不当，往往引起主体结构的破坏，如形成短柱，产生剪切破坏这一点，应该引起设计者的重视。
2.4框架结构的任意楼层不可避免存的在一定数量的填充墙，而一般来讲，填充墙体会先于框架柱开裂。因此，为避免填充墙这一非结构构件受到较大损坏，用于层间位移验算的层间位移角限值必须考虑容许的填充墙体开裂程度。我国现行多遇烈度弹性验算时，钢筋混凝土框架弹性层间位移角限值为1/550，钢筋混凝土框架、抗震墙板柱、剪力墙、框架核心筒弹性层间位移角限值为1/800。从地震震害来看，尽管地震灾区地震烈度可能超过规范的多遇地震烈度，但框架结构填充墙损坏的严重程度也在合理范围内。在楼梯破坏的同时，往往楼梯间墙体破坏也较严重。设计时防止楼梯间墙体破坏，对防止楼梯破坏起有利作用。综合上述因素，建议将框架多遇地震作用下弹性层间位移角限值适当减小，而多遇地震作用主要是保证结构为弹性状态，结构主要构件不同。由于填充墙体与框架梁柱存在一定间隙，并且不同材料的填充墙体，其变形也存在一定差异。故在多遇地震验算时，规范对填充墙体的刚度考虑是合理的
2.5钢筋混凝土结构在罕遇地震作用下，结构总体上不具备抗力储备，结构主要依靠本身的变形来吸收和耗散地震能量。《建筑抗震设计规范》规定，弹塑性层间位移角限值对于
钢筋混凝土框架结构为1/50。此次汶川地震震害表明：部分框架结构层间位移已达到1/15—1/20，结构仍未倒塌。综合各种因素，一旦进入弹塑性验算时，其层间位移超过了多遇地震下的层间位移，如果此时验算不考虑填充墙体的刚度计入，或者考虑周期折减，这种考虑将太过粗糙，验算的结果往往存在较大误差甚至错误。此时应计入填充墙体刚度的影响，可将其折算成混凝土剪力墙结构来计入考虑，其现行规范对弹塑性层间位移角限值是比较保守的，可以增大。
2.6混凝土结构设计规范采用了梁、柱构件内力调整柱轴压比和柱体积配箍率等措施，其主要的目标是保证强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件的设计思想，这种设计理念与单个水准目标是一致的。从地震灾区框架结构震害来看，较多数的现行建筑物未达到强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件这一目标，其重点是柱和节点破坏，梁出现塑性铰的情况较少，在框架梁 柱节点区的浇筑施工中，易将箍筋下移，引起节点区箍筋不足处理措施。
3.房屋建筑框架结构抗震设计应该采取的措施：
3.1做好细部构造，使非结构构件成为抗震结构的一部分，在计算分析时，充分考虑非结构构件的质量刚度强度和变形能力。
3.2选用合理的抗震结构，加强结构的主体刚度，以减小主体结构的变形量，防止非结构构件的破坏。
3.3设计过程中，应充分考虑非结构构件对主体结构的影响，并考虑可能出现的短柱，在设计中予以加强。
3.4严格控制施工质量，柱梁箍筋加密区必须满足要求，避免因施工造成结构的安全隐
患。
3.5对于装修改造工程，必须严格遵守国家有关规定，不得损坏原有建筑结构，要确保结构安全。
3.6 钢筋混凝土框架结构抗震措施
3.6.1框架柱
3.6.1.1调整柱端截面设计内力。
弯矩调整：框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关，实验研究表明，梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量耗散能力，柱一般在轴向压力作用下，其延性通常比梁的要小，如果不采取“强柱弱梁”措施，柱端很可能比梁端先出现塑性铰。因此适当调整柱计算内力并增大配筋，使塑性铰首先出现在梁端，抗震性能较好。对于一、二、三级框架节点的上下柱端，其组合的弯矩设计值之和∑MSc应按下式调整：
∑Mc=ηc∑Mb
同时抗震设防烈度为9度和一级框架尚应考虑梁端实配钢筋有超配的可能，还要符合∑Mc=1.2∑Mbua。式中，∑Mb为节点左右梁端弯矩设计值之和，ηc为柱端弯矩增大系数，一、二、三级框架分别取1.4、1.3、1.2。∑Mbua为节点左右梁端按实配钢筋标准值计算的所能承担的弯矩值之和。
3.6.1.2剪力调整。
由于抗震规范规定的柱端弯矩增大措施只能适度推迟柱端塑性铰的出现，而不能避免出现柱端塑性铰，因此对柱端也应提出“强剪弱弯”要求，避免柱底部在弯曲破坏之前出现剪切破坏。对于一、二、三级框架柱的柱端截面组合的剪力设计值V应按下式调整：
V=ηVc (Mcb + Mct ）/ Hn，
同时，抗震设防烈度为9度和一级框架还要符合：V=1.2(Mcuab + Mcuat ）/Hn，式中，ηVc为柱端剪力增大系数，一、二、三级框架分别取1.4、1.3、1.2。Mcb 、Mct 、Mcuab 、Mcuat 分别为柱上下端截面组合时的弯矩设计值和实配的钢筋按标准值计算的所能承担的弯矩值。
3.6.1.3增加柱的延性
控制柱的轴压比：轴压比越大导致柱的抗压强度储备越低，在地震时混凝土容易压碎而导致柱的破坏，柱轴压比可提高柱的延性。
3.6.2框架梁
3.6.2.1调整梁端剪力设计值。
在框架结构设计中，应力求做到在地震作用下的框架呈现梁铰型延性机构，为减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性，对梁端的剪力适当调整，使斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力，做到“强剪弱弯”。对梁端截面组合的剪力设计值V按下式调整：
V=ηVb (Mbl + Mbr）/ln+ VGb，
同时，抗震设防烈度为9度和一级框架还要符合：
V=1.1(Mbual + Mbuar）/ln+ VGb，中，ηVb为梁端剪力增大系数，一级框架取1.3，二级取1.2，三级取1.1。Mbl 、Mbr 、Mbual 、Mbuar 分别为梁左右端截面组合的弯矩设计值和实配的钢筋按标准值计算的所能承担的弯矩值。VGb为重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计
值。
3.6.2.2控制梁端受压区高度和有效高度的比值，控制梁端底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值。
梁的变形能力主要取决于梁端的塑性转动能力，而塑性转动能力与截面混凝土受压区相对高度有关；梁底面和顶面纵向钢筋的比值同样对梁的变形能力有较大影响，梁底面的钢筋可增加负弯矩时的塑性转动能力，还能防止在地震中梁底出现正弯矩时过早屈服或破坏过重。因此需控制梁端受压区高度与有效高度的比值一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35；梁底与梁顶纵向钢筋的比值一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3，同时梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5%。
4.结论
总之，房屋建筑框架结构虽然是抗震的不利结构形式，但是在多层和中高层建筑中被广泛的应用，为了避免地震给人类带来大的巨大灾难，这就要求房屋结构设计人员能够正确运用框架结构抗震概念，克服框架结构的诸多弊端，运用科学有效的方法和手段，确保建筑结构安全，从而实现建筑正常的使用功能。
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