09011对我国现行规范多层结构中框架柱抗震构造措施的讨论.docVIP

对我国现行规范多层框架结构中框架柱抗震构造措施的讨论摘要汶川大地震较好地检验了我国现行抗震设计规范的合理性，从震害现象中发现，现行抗震设计规范不能很好地实现预期抗震设计目标，大部分多层框架结构的破坏都发生在柱端、底层柱破坏普遍严重，且边柱相对中柱破坏严重，从而引起我们对现行抗震设计规范的部分抗震措施的合理性的质疑。本文以实际震害为基础，主要针对柱的最大轴压比、最小配箍率和最小配筋率等方面进行讨论，并通过与国外规范进行比较，从中发现我国现行抗震设计规范存在不足。 关键词：框架柱；轴压比；配箍率；配筋率；对比；震害；现行规范 TU375.3 文献标识码：A 0.前言 抗震与非抗震结构在结构设计上有许多不同之处，其根本区别在于非抗震结构在外荷载作用下结构处于弹性状态或仅有微小裂缝，构件设计主要是满足承载力（强度）要求，而抗震结构在地震作用下，部分构件将进入塑性变形状态，除了满足强度要求外，还要具有足够的变形能力（耗能能力）以及在强震下结构不倒塌延性结构，即其构件应有足够的延性。结构抗震的本质就是延性，提高延性可以增加结构抗震潜力，增强结构抗倒塌能力结构在地震作用下的延性要求是通过各种抗震措施来保证的。 1 框架柱抗震措施的重要性 柱是框架结构中的竖向构件，地震柱的破坏比梁的破坏更容易引起框架倒塌，梁的破坏影响可能是局部的，而柱破坏的影响是大范围的，柱在结构中的作用比梁显得更为重要。对于钢筋混凝土框架结构，通常按照“强柱弱梁”的设计理念进行设计，以使地震作用下塑性铰尽可能先在梁端充分发展。为了能达到预期目标，保证地震作用下柱的延性是至关重要的，柱延性的影响因素主要有柱的剪跨比、轴压比、配箍量和剪压比。 1.1 最大轴压比的规定 抗震设计时，除了预计不可能进入屈服的柱外，通常希望柱子处于大偏心受弯破坏状态，这就必须把截面的受力状态控制在离大小偏压分界状态还留有一定距离的大偏压受压状态，因此就要控制截面的轴压力不能过大。为了实现柱的大偏心受压破坏，确保框架结构在地震作用下的安全可靠，各国抗震设计规范都规定了框架柱轴压比的限值。 框架柱的轴压比是影响其变形性能和破坏形态的主要因素之一，限制轴压比是为了保证框架柱在大偏压状态下破坏以满足延性要求。轴压比限值与多种因素相关，主要有抗震等级、结构型式、约束效果等因素有关。改进箍筋构造，设置芯筋及选择抗震两道防线的结构形式等，即可以增加轴压比限值[3]。 底层框架柱的截面尺寸是由最大轴压比起控制作用，由于轴压比限值，导致较小的框架柱截面通常底部几层框架柱轴压力已基本接近于限值由于施工质量等原因，在地震中还可能出现超过界限轴力，导致柱抗弯承载力的降低导致梁柱线刚度比小难于实现“强柱弱梁”的机制。,有混凝土强度低的问题，同时认为现行规范的轴压比限值偏大，设计时应适当降低轴压比。 1.2 柱最小配筋率和最小体积配箍率 框架柱的箍筋有三个作用：抵抗剪力、对混凝提供约束、防止纵筋压屈。其中箍筋对混凝土的约束是提高混凝土极限压应变，从而改善混凝土延性性能的主要措施。抗震设计时，为了保证柱的延性，柱内箍筋除满足抗剪承载力要求外，也要满足在一定轴压比下体积配箍率的要求，同时还要满足不超过最大允许间距和最小直径的构造要求。为了保障结构在地震作用下的安全和防止倒塌的发生，在设计和建设过程中保证结构具有良好的延性性能，已经成为各国抗震设计规范制定的共识国内外许多试验结果都表明，提高箍筋的强度，能对混凝土有较好的约束作用；同时，柱的混凝土强度越高，对箍筋的约束要求也越高。因此规范采用箍筋的配箍特征值的做法，以适应钢筋和混凝土强度的变化，更合理地采用较高强度的钢筋；同时，为了避免计算所得的配筋率过低，还对定了柱最小体积配箍率。柱的最小体积配箍率是体现柱端加密区箍筋对砼的约束作用。规范所提出的估计最小配箍特征值，除与柱抗震等级和轴压比有关，还与箍筋形式有关。 2 国内外规范对比 2.1轴压比限值对比各国轴压比限制见表1，与国外规范相比，我国规定的轴压比限制。表1 各国规范轴压比限值对比[6] 轴压比限值 混凝土抗压强度设计值 美国 UBC97 ACI318-05 未明确规定轴压比要求，从柱受压承载力计算公式显示出当柱配筋率为1%~4%时，轴压比为0.53~0.70 fc’ 新西兰 DZ3101 1994 延性框架 配筋率1% 轴压比：0.53 有限延性框架 配筋率1% 轴压比：0.73 fc’ 欧洲 Eurocode DCH：0.34 DCM：0.44 DCL：0.51 fc’ 日本 AIJ 以变形