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1、文献综述钢筋混凝土框架结构1. 前言随着经济的发展、科技进步、建筑要求的提升，钢筋混凝土结构在建筑行业得到了 迅速发展。随着建筑造型和建筑功能要求日趋多样化，无论是工业建筑还是民用建筑， 在结构设计中遇到的各种难题日益增多，钢筋混凝土结构以其界面高度小自重轻，刚 度大，承载能力强、延性好好等优点，被广泛应用于各国工程中，特别是桥梁结构、 高层建筑及大跨度结构等领域，已取得了良好的经济效益和社会效益。而框架结构具 有建筑平面布置灵活、自重轻等优点，可以形成较大的使用空间，易于满足多功能的 使用要求，因此，框架结构在结构设计中应用甚广。为了增强结构的抗震能力，框架 结构在设计时应遵循以下原则：“强
2、柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固”。2. 现行主要研究2.1预应力装配框架结构后浇整体节点与现浇节点具有相同的抗震能力;钢纤维混凝土对减少节点区箍筋用 量有益,但对节点强度、延性和耗能的提高作用不明显。与现浇混凝土节点相比,预应 力装配节点在大变形后强度和刚度的衰减及残余变形都小 ;节点恢复能力强 ;预制混 凝土无粘结预应力拼接节点耗能较小,损伤、强度损失和残余变形也较小。装配节点 力学性能受具体构造影响很大 ,过去进行的研究也较少,一般说,焊接节点整体性好, 强度、耗能、延性等方面均可达到现浇节点水平;螺栓连接节点刚度弱,变形能力大, 整体性较差。因此,这一类节点连接如应用于抗震区,需做专门抗
3、震设计。 2.2 地震破坏钢筋混凝土在地震破坏过程中瞬态震动周期逐步延长，地震动的低频成分是加剧结 构破坏的主要因素，峰值和持时也是非常重要的原因。瞬态振型的变化与结构的破坏 部位直接相关。结构破坏过程中，瞬态振型参与系数变化不大。结构瞬态振动周期延 长加剧时，结构的整体耗能能力增大，结构濒临倒塌时，基本失去耗能能力。结构破 坏过程中，位移时程与破坏构件百分比的变化与地震的峰值的出现密切相关。破坏构 件百分比是表征结构破坏与倒塌的指标。地震动的几个特征对结构破坏影响均很大。2.3 异性柱框架结构抗震性能异形柱框架结构与矩形柱框架结构的动力特性差别小。 虽然异形柱的截面抗扭极 惯性矩比矩形柱小得
4、多，但异形柱框架结构的楼层角位移比矩形柱框架结构的楼层角 位移只稍大些，而且异形柱的扭矩值比对应的矩形柱的扭矩值要小得多。 异形柱框 架结构与矩形柱框架结构在输人地震波方向的各层线位移都差别不大，但另一个垂直 方向的各层线位移，异形柱框架结构要大些。L形柱与对应矩形柱的杆端剪力相比， 在一个方向的杆端剪力值差别不大，但另一个垂直方向的杆端剪力相差很大，而T形、 十字形柱与对应的矩形柱相比，两个方向的杆端剪力皆相差不大。 2.4钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法根据钢筋混凝土框架结构的特点，将其性能划分为使用良好、人身安全和防止倒塌 三个水平，并用层间位移角限值予以量化；用作用倒三角形水平
5、分布荷载的等截面悬 臂柱的侧移曲线作为框架结构的初始侧移模式。在此基础上，将多自由度体系转化为 等效单自由度体系，导出了相应的等效参数。结构的目标位移根据其性能水平确定， 并用假定的侧移模式给予修正。在等效线性化的前提下，由等效位移用弹性位移反应 谱求出等效周期，然后对结构构件进行刚度设计和承载力设计。最后用静力弹塑性分 析方法对结构进行分析，校核结构的侧移形状与初始侧移模式是否一致，并用推覆至 相应性能水平时的侧移曲线作为修正后的侧移曲线重新计算。用层间位移角限值作为框架结构性能水平的量化指标，能较好地反映其受力和变形 性能，计算简单。用作用倒三角形分布荷载的等截面剪切悬臂杆的侧移曲线作为框
6、架 结构的初始侧移模式，基本上反映了框架结构的变形特点，且计算简单，便于操作。 如欲进一步修正，可用静力弹塑性分析结果中推覆至相应性能水平的侧移曲线作为修 正后的侧移曲线。算例分析表明，这样处理不仅能反映结构的实际情况。而且收敛较 快。根据具体结构的刚度和质量分布，拟定其某一层或某几层达到相应性能水平的层 间位移角限值，据此及初始侧移模式确定其目标侧移曲线。这样可反映实际结构是在 其薄弱的某一层或相对薄弱的某几层达到某一极限状态并使整个结构达到相应的极 限状态。2.5汶川地震中钢筋混凝土框架结构的震害通过对汶川大地震青川县城的震害调查发现：建造时间较早，没有经过正规考虑抗 震设计的砖砌建筑破坏
7、和倒塌严重，而经过正规抗震设计的钢筋混凝土框架结构所受 地震损伤较轻、而且损伤主要是填充墙，青川县城的钢筋混凝土框架结构只要在震后 维修即可使用，表明按现行“建筑抗震设计规范”设计的钢筋混凝土框架建筑具有较 好的抗震性能。汶川大地震中有许多中小学校倒塌，而在青川县城中小学的这几栋钢 筋混凝土建筑物基本保持完好，无学生伤亡。中小学建筑是非常重要的公共建筑，其 抗震安全是整个社会关注的焦点之一， 建议对中小校的建筑尽量采用规则钢筋混凝 土框架结构，并严格按国家颁布的抗震规范进行抗震设计。2.6框架结构抗地震倒塌能力结构的抗地震倒塌能力主要取决于其整体承载能力储备和相应的塑性变形能力。可 采用基于D
8、A分析得到的结构倒塌储备系数CMR作为定量评价结构抗地震倒塌能力指 标,也可采用推覆分析得到结构变形能储备指标。充分利用填充墙使框架结构形成双 重抗震防线,可显著提高框架结构抗震承载能力及其抗地震倒塌能力。填充墙自身应 具有一定承载力和变形能力。保证结构具有足够的冗余度可显著增强结构的抗地震倒 塌能力。设计中应从整体角度提高整个结构的冗余度,不必设置过多的抗震缝。增强 结构整体性,采取有效措施保证实现结构整体屈服机制 ,可使得整体结构的承载能力 和形能力能够得到最大程度地发挥。为此,需对保证结构实现整体屈服机制的有关规 定进一步完善。3. 框架结构安全设计展望目前对房屋建筑抗地震倒塌的研究还很
9、少 ,对于一般结构,规范未给出大震不倒的 定量计算方法只是问题的一方面,还有诸多问题尚需进一步研究,主要有以下几方面:（1）各类建筑倒塌典型案例分析。汶川地震中,房屋建筑的倒塌类型多种多样,各类 倒塌情况既与结构类型和结构形式有关, 也与地震动特征有关。应从各类建筑（结构 类型和结构形式） 和各类场地（场地土、断层距、地形）中选出一些典型倒塌案例（包 括同类建筑未倒塌的案例）进行详细深入分析,揭示造成倒塌和未倒塌的原因,如地震 动强度太大、结构承载能力和变形能力存在不足、结构类型不合适、结构形式不合理、 结构的不规则性影响、局部构造存在问题等。（2）目前,房屋建筑结构抗震设计主要是基于构件层次
10、的结构设计方法,即依据设计 地震作用下结构弹性分析,并与其它荷载作用下的内力组合所得到的设计内力 ,按结 构构件层次的安全储备要求进行构件设计 ,再根据经验采取有关抗震构造措施,保证 结构的延性。这种设计方法对于一般正常使用和可预期的地震强度,能够达到预期的 设计目标。由于在超大震作用下、特别是结构接近倒塌时结构进入显著的弹塑性受力 阶段,基于构件层次的设计方法没有充分考虑结构构件间的相互作用 ,及其对整体结 构承载能力和变形能力的影响,这是导致按相同标准设计但结构参数不同的建筑 (如 层数、跨数、层高、跨度、体型、是否设缝等)在超大震作用下震害结果有很大差别 的原因。因此,需充分认识和研究结
11、构构件之间的有利相互作用,并在设计中充分利用 这种有利作用,可最大限度地提高整体结构的抗地震倒塌能力。(3) 研究结构的地震倒塌准则和评价指标。根据本文的初步研究,结构的变形能储备 是反映结构抗地震倒塌能力的主要指标。而影响整体结构变形能储备的因素很多,如 结构体系、结构形式、用途、结构构件屈服机制和屈服次序、结构冗余度和整体性、 非结构构件的利用等。因此，需根据实际建筑震害调查，并采用CMR分析方法对各类建 筑的抗倒塌能力展开系统的研究,获得各类结构的倒塌准则和评价指标,为结构抗地 震倒塌的定量计算提供依据。(4) 对于同类结构形式、不同冗余度结构(如相同层数和层高，但跨度和跨数不同的 框架
12、结构)的抗地震倒塌能力开展研究，提出整体结构冗余度的设计要求。(5) 利用汶川地震的震害资料，对各种抗震构造措施进行研究，保证结构的整体性。(6) 为掌握结构抗地震倒塌能力，还应开展结构倒塌理论方面的研究，如结构倒塌机 理、倒塌过程等，为抗地震倒塌研究提供科学依据。参考文献：1 梁兴文，黄雅捷，杨其伟.钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法研究N.土木工程学报，2005，第38卷第9期.2 李建中，吕西林，李翔，任晓崧，刘威，唐益群. 汶川地震中钢筋混凝土框架结构的 震害J.结构工程师期刊,200&第24卷第3期.3 叶列平，陆新征，赵世春，李易. 框架结构抗地震倒塌能力的研究汶川地震极震区
13、几个框架结构震害案例分析N.建筑结构学报,2009,第30卷第6期.4 高兑现，柯江，王莲花.异形柱框架结构抗震性能分析N.西安理工大学 报,2005.5 韩建强,李振宝,宋晓胜. 装配混凝土框架结构新型连接形式预应力装配框架 结构的研究.6 曲哲，叶列平,潘鹏.高层建筑的隔震原理与技术N.工程抗震与加固改造，2009,第31卷第5期.7 蒋丽忠，汤裕坤.钢一混凝土组合框架梁的稳定设计方法N.建筑科学与工程学 报, 2007, 第24卷第4期.8 冯启民，焦双健，刘艳林.钢筋混凝土框架结构地震破坏的研究N.地震工程与 工程振动，2002，第22卷第3期.9 蒋丽忠，汤裕坤.钢一混凝土组合框架柱的稳定设计方法N.建筑科学与工程学 报，2008，第25卷第3期.10 N. F. El-Leithy，M. M. Hussein，W. A. Attia. Comparative Study of Structural Systems for Tall Buildings.Journal of American Science. ISSN:1545-1003，2011.
