建筑板柱抗震结构适用高度设计分析

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1、建筑板柱抗震结构适用高度设计分析 - 结构理论 【摘 要】新的抗震规范对于板柱-抗震墙结构的适用高度,作了较严 格的规定。但是,实际工程中,对于板柱结构还是有大量要求的,文章 结合实际对板柱抗震结构适用高度进行了分析。【关键词】建筑；板柱结构；抗震；设计板柱结构是一种经常被采用的结构体系,它具有不少优点,如施 工支模及绑扎钢筋较简单,结构本身高度较小,可以减少建筑物的层高,从 而降低建筑物的造价等等,但由于此种结构在遭受较强地震作用时,其 板柱节点的抗震性能不如有梁的梁柱节点,此外,地震作用产生的不平 衡弯矩要由板柱节点传递,它在柱周边将产生较大的附加应力,当剪应 力很大而又缺乏有效的抗剪措施

2、时,有可能发生冲切破坏,甚至导致结 构的连续破坏。一、概述由于板柱结构(无抗震墙者) 抗震性能较差,在抗震设防烈度为 6 度的地区,层数不能超过四层,房屋总高不能超过 16m,7 度区为三层 及 12m,8 度区为二层及 8m。(以上指未设抗震墙的板柱结构) 新的抗 震规范 GB50011-2001 对于板柱结构作了比较严格的规定,例如,对于 适用最大高度,6、7、8 度区分别为 40,35,30 米;抗震墙应能承担全部 地震作用,板柱部分能额外承担全部地震作用的 20%;沿两个主轴方向 通过柱截面的板底连续钢筋,有数量的要求(抗震规范 6.6.9 式) 等等。在抗震规范表 6.1.1,现浇钢

3、筋混凝土房屋适用的最大高度中, 有板柱-抗震墙结构,但是没有不设抗震墙的板柱结构,它的意思是,不推荐采用不设抗震墙的板柱结构。此外,目前有一种说法:抗震规范对于各种结构体系的房屋,都 有一个“限制高度”, 这是一个误解。的确,包括过去的抗震规范都提出 了“适用的最大高度”, 但这并不是“ 限制高度”,它的意思是,在使用该规 范进行设计,并遵守规范的计算、构造等一系列要求,各种体系在各设 防烈度时,该规范的适用范围,是多少高度。例如,在 8 度区,框架-抗震 墙按该规范设计时,适用到 100m 高度。如果建筑物高度需要高于 100m,就需采取比规范内容更严格的措施(包括计算与构造),并经过规 定

4、的审查,只要符合要求,是可以超过抗震规范表 6.1.1 中的高度的。 总之,并无“限高” 的说法。新抗震规范对于板柱-抗震墙的适用高度,规定得较低,这对于 一般的高层建筑,是远远不够用的。是否可以建得更高一些,可以根据 从震害分析着手:美国阿拉斯加四季公寓的倒塌,往往被认为是板柱-抗震墙性能 不好的一个例证。但从林同炎事务所的分析报告来看,该工程的设计 按 100%地震力由核心筒来承担,在承载力方面也是足够的,只因施工 单位在钢筋接头上未按规定施工,才造成严重破坏。阿尔及利亚的倒塌事故,是由于该工程为纯板柱结构(楼板为双 向密勒,无梁),层高较高,跨度也较大。此种结构不能抵抗地震是不足 为奇的

5、,也不提倡此类结构。综上所述,板柱结构的破坏主要是:未布置一定数量的抗震墙,因而地震作用全由板柱框架承受。由于未布置抗震墙,此种结构的节点刚度又相对较弱,因此侧向位移常 较大。由于它延性差,抗弯和变形能力很弱,再加上 P-效应,在强震 时造成严重破坏甚至倒塌是很可能的。板柱节点处,楼板抗冲切能力差。在柱子周边板内,未设置抗 冲切的钢筋,或设置得不恰当,节点处不平衡弯矩对楼板造成的附加剪 应力未适当考虑,柱周边板的厚度不够,使抗剪箍筋不易充分发挥作用,或 柱子纵筋在节点处滑移。由于这些原因,在强震时使墙板产生冲切破坏,随之楼板坠落, 造成巨大损失。明白了板柱的破坏原因,采取相应有效的措施之后,板

6、 柱-抗震墙结构的抗震性能,将能有很大的提高,其设计强度也将提高。二、板柱-抗震墙的设计建议1、结构布置应布置足够数量的抗震墙(包括核心筒), 墙的位置宜避免偏心。在房屋周边,应布置边梁,以形成周边框架。抗震墙的厚度不应小于 180mm, 且不应小于层高的 1/20,底部 加强部位的抗震墙厚度不应小于 200mm, 且不应小于层高的 1/16(可 取层高及无支长度二者中较小值计算)。单片抗震墙的两端应设置端柱,楼层处应设置暗梁。筒体墙的 端部应设置端柱或暗柱,楼层处应设置暗梁。抗震等级的选用:可比抗震规范表 6.1.1 中之“板柱-抗震墙结构”一栏所规定者,提高一级,但原为一级者,不必提高(房

7、屋高度不超过抗 震规范中的规定时,抗震等级不必提高)。2、设计计算抗震墙(核心筒)应承担结构的全部地震作用,各层梁柱框架应 能承担不少于各层全部地震作用的 20%,也即,墙与框架承担的地震作 用总和为 120%的全部地震作用。板柱框架不考虑承受地震作用,但 仍应按抗震构造。当房屋高度超过抗震规范表 6.1.1 之规定值时,其楼层的最大 弹性层间位移角限值应取为 1/1000。楼板在柱周边临界截面的冲切应力,宜控制在较低水平,一般不 宜超过允许值 0.7ft 的 75%。当地震作用能导致柱上板带的支座弯矩反号时,应验算图中虚 线截面的冲切承载力。板柱结构在地震作用下按等代框架分析时,其等代梁的宽

8、度采 用:框架方向跨度的 3/4垂直于等代框架方向柱距的 1/2 两者中的小值。沿两个主轴方向通过柱截面的板底连续钢筋的总截面面积,应 符合下式要求:ASNG/fy式中,AS板底连续钢筋总截面面积。可按每方向 1/2AS 配 置,此钢筋应位于柱截面范围内。 NG各层楼板传到柱子的轴压力,取设计值fy该连续钢筋的抗拉强度设计值。应考虑由于板柱节点处的不平衡弯矩引起的附加剪应力。3、构造8 度时宜采用有托板的板柱节点,托板根部的厚度(包括板厚) 不宜小于柱纵筋直径的 16 倍。托板的边长不宜小于 4 倍板厚及截面 相映边长之和。7 度时也宜尽可能设置托板。宜在柱上板带中设置暗梁。暗梁宽度可取柱宽及柱两侧各 1.5 倍板厚。暗梁支座上部钢筋面积应不小于柱上板带钢筋面积的 50%(此钢筋可作为柱上板带负弯矩钢筋的一部分),暗梁下部钢筋不 宜少于上部钢筋的 1/2。暗梁箍筋的配置:当计算不需要时,箍筋直径不小于 8mm,间距 3/4h0,肢距2h0; 当计算需要时,箍筋直径按计算确定,但不小于 10mm,间距0.5h0, 肢距1.5h0,h0 为板截面有效高度(不包括托板厚 度)。柱上板带支座处暗梁的上部钢筋,至少 1/4 应在跨度方向通长。尽可能采用高效能的“抗剪栓钉”, 以提高板柱结构的抗冲切性 能。