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【關鍵詞】:多層建筑;框架結構;設計
中圖分類號:TU472 文獻標識碼:A 文章編號:
一、多層建筑框架結構加固設計遵循的原則
1.一定要多道防線,降低結構風險
建筑結構設置多道防線,能夠在遇到風險時,通過所有抵抗外力結構聯合起來將風險障礙物一層層的阻礙,緩沖其速度,同時相互支撐,這就好比一個物體從高處掉下來,那么當這個物體掉下來時可能就比沒有障礙物阻礙的物體或者障礙物少的受損度小很多。這個時候,我們不能把結構重心全部寄托在單一的構件上,在土建結構中我們知道多肢墻要比單片的墻好,而框架剪力墻要比純框架好,我們知道鳥巢外形結構的設計,是多道防線設計思路的最好體現。
2,一定要抓大放小,保全重要結構
在建筑框架結構設計中有這么一種說法,那就是“強柱弱梁”“強剪弱彎”,這不禁勾起了人們對這種說法產生疑問,問什么結構要強柱弱梁,強剪弱彎,在我們的印象中強柱強梁肯定會比強剪強彎要更加結實,更加安全。但是如果所有的結構構件都強了就不好了,將會存在非常大的安全隱患。我們知道絕對安全的結構在這個世界上是不存在的,無論哪種結構體系都不能在任何情況都可抵御各種外界的破壞。每個構件的作用都不同,整個結構體系就是由這眾多的構件協調組合而成,并依據其重要性來區分輕重。每個結構構件共同抵抗外力的目的,就是為了在遭遇強大的外界破壞力時,能夠保住其中最重要的部件不受損壞或者至少是最后才遭遇摧毀,這就是要做出取舍的時候了。所以最明智的選擇就是在建筑框架結構設計之初就先衡量孰輕孰重,哪部分是主要構件,哪部分是次要構件,當強大的破壞力來臨時,首當其沖的應該是次要的構件,在設計中各個部件千萬不可平均受力,那樣將損失慘重。我們知道在鋼框架的結構設計中,如果柱不幸倒塌,梁也不可能存在,而如果梁倒了的話,柱依然可能存在,這也就說明了柱起到的作用要比梁大。所以在建筑框架結構設計過程中,為了保證柱免遭摧毀或者至少是最后才遭摧毀,這就要把梁放在相對比較薄弱的環節上,使其能夠承受大部分外來破壞力,盡可能阻擋對柱的破壞,使損失降至最低。而如果把梁和柱都設計在主要環節上,則有可能使梁和柱遭到同樣的破壞。
3.一定要使結構合為一體
好的建筑框架結構體系是一個整體的結構,這種結構體系中沒有關節,并且能夠快速有效的傳遞并消除外力,盡量減少破壞力度,有了這個原則,我們在設計時就要想辦法把各個關節給“打通”,使之暢通無阻。前面我們提到的三個原則(“剛柔相濟”“多道防線”“抓大放小”)實施的基礎就是一定使結構渾然一體,也就是說這個原則是前面三個原則的保障。總的來說,設計者要使原本保持平衡和靜態的構件組合之后,在受到強烈的外力沖擊時還能保持原來的靜態,或者相對的靜態,這樣目的就達到了。
二、設計構造中的常見問題及處理措施
1.嚴格控制框架節點核芯區箍筋配置
設計人員應該嚴格按GB50011-2001建筑抗震設計規范中的規定來控制框架節點核芯區配箍特征值及體積配箍率,這方面很多設計者往往會忽略,特別是不能滿足對柱軸壓比不大時(這個規定是為了保證節點核芯區延性的重要構造措施)的要求。對于這一點問題設計者以后應該充分考慮到,以防止出現不必要的損失。
2.底層框架柱箍筋加密區的范圍不能滿足
在設計中,設計人員要留意在GB50011-2001建筑抗震設計規范中有規定:“底層柱,柱根處箍筋加密區的范圍應不小于柱凈高的1/3”,這是一新增加的規范要求,大多設計者可能都不太了解,以后設計過程中應該注意這個問題的解決。
3.框架梁上部縱筋端部水平錨固長度不能滿足
GB50010-2002混凝土結構設計規范中有規定:“框架端節點的地方,一旦框架梁上部縱筋的水平直線段錨固長度不足的時候,應該向下彎曲并且伸到柱的外邊,控制好彎折前水平投影的長度一定要等于或者大于0.4LaE”,一旦框架柱的截面尺寸在400mm×400mm以下的時候,框架梁就易出現問題,這就會埋下一個很嚴重的安全隱患。對于以上建筑框架結構設計中出現的問題,往往是設計者忽視的問題,只要設計者在設計之初能夠做好前期準備,重視這些問題,并按照國家規定來設計建筑,那么上述問題也就會隨之消失,建筑框架的結構也就會符合標準。
4.框架結構梁的設計問題
在對框架結構建筑進行設計時,位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載,應由附加橫向鋼筋承擔,則需要考慮設置附加箍筋和吊筋,為方便施工可優先考慮采用附加箍筋,如主次梁搭接時,可以在結構設計總說明處,畫上一節點,在有次梁部位的兩側各加上3根主梁箍筋來作為補充。框架梁與次梁的端部出現相交的現象,或者彈性支承在墻體上,對于梁端支座可以按照簡支梁的方式來處理,但是必須對梁的端箍筋進行加密。在設計抗扭梁時,縱筋的間距應該小于300mm,并保證小于梁的寬度。通常在設計的時候可采用加大腰筋直徑加密腰筋間距的方法來增加梁的抗扭力,同時對于縱筋和腰筋錨入支座內的長度應該符合要求。對于箍筋也應該符合抗震設防要求。在反梁板吊在梁底時,板的荷載主要由箍筋來承擔,可適當加密箍筋的間距,加大箍筋直徑。對于框架梁截面的高度設計,應該在梁跨度的1/10至1/15之間選擇,對于寬扁梁的寬度,則最大可以設計到柱寬的兩倍。
5.框架結構柱的設計問題
如果框架結構柱在地上的部分為圓柱時,在地下的部分就盡量做成矩形柱,這樣可以盡量減少施工的工序。圓柱的縱筋根數應該保證在8根以上,而圓柱的箍筋宜優先采用螺旋式,這樣可以有效增加結構的整體性和柱子的剛度及承載力,施工圖紙中需要注明柱子端部有一圈半的水平段;矩形柱宜優先選用井字復合箍的箍筋形式,有抗震設防要求的需按照建筑抗震設計規范進行加密設計。角柱和樓梯間的框架柱、梯柱應在全柱高范圍內進行加密。通常框架結構柱的截面,非抗震時不宜小于邊長250mm,四級抗震邊長不宜小于300mm,一、二、三級抗震時邊長不宜小于400mm;框架柱混凝土的標號則應該在C25以上,且梁縱筋錨入柱內的水平段長度、彎折長度應該符合規范要求。
三、結束語
現代建筑造型和建筑功能要求的多樣化發展,使得現代建筑設計中的難題也逐漸增多,對設計者的挑戰也隨之增加。而作為一名建筑設計者,應該在嚴格遵循各種相關規范的前提下,采用靈活、大膽的方式和方法來解決一些結構上的設計難點問題,并在實際工作中不斷地進行充實和完善。
參考文獻:
[1]朱文兵.多層建筑框架結構設計的幾點研究[J].建材世界,2011,32(5).
一、框架結構抗震設計的重要性
建筑抗震設計的要求是通過地震作用的取值和抗震措施的采取來實現的,但由于地震的隨機性,加之建筑物的動力特性、所在場地、材料及結構內力的不確定性,地震時造成的破壞程度很難準確預測,因此,我們在進行框架結構抗震設計時,必須結合框架結構的特點,綜合考慮各方面的因素。未經抗震設防的框架結構,在6-7度區主體結構基本完好,填充墻發生輕微的裂縫;在8-9度區主體結構局部破壞,填充墻及屋頂突出的部分嚴重開裂或倒塌;在10度區梁柱嚴重破壞,少量倒塌,填充墻嚴重破壞。考慮了抗震設防的框架結構,危害則相應的減輕。在唐山大地震中,未經抗震設防的底層框架抗震墻磚房的破壞較為嚴重,其主要原因是,大部分底層沒有設置為框架抗震體系。
二、建筑震害等級劃分
根據1990年建設部頒布的《建筑地震破壞等級劃分標準》,鋼筋混凝土框架房屋按地震后的破壞成都劃分為五級:
(1)基本完好:框架柱、梁完好;個別墻體與柱連接處開裂。
(2)輕微損壞:個別框架柱、梁輕微裂縫;部分墻體明顯裂縫;出屋面小建筑明顯破壞。
(2)中等破壞:部分框架柱輕微裂縫或個別柱明顯裂縫;個別墻體嚴重裂縫或局部酥碎。
(4)嚴重破壞:部分框架柱,主筋壓屈、混凝土酥碎、崩落;部分樓層倒塌。
(5)倒塌:房屋框架殘留部分不足50%。
框架結構的結構體系傳力路徑比較清晰,容易保證質量,結構的抗震性能能夠比較準確的預測和設計,但是由于材料本身的限制,使得這類結構的抗震性能通常較弱,在較大地震災害中容易發生破壞。
三、框架結構的抗震設計原則
根據工程中框架結構地震破壞的形式、抗震規范規定以及實際中累積的抗震經驗總結了一些抗震設計需要注意的問題與原則,如下:
(1)抗震驗算時不同的樓蓋及布置(整體性)決定了采用剛性、剛柔、柔性理論計算 。抗震驗算時應特別注意場地土類別。8度超過5層有條件時,盡量加剪力墻,可大大改善結構的抗震性能。框架結構應設計成雙向梁柱剛接體系,但也允許部分的框架梁搭在另一框架梁上。應加強垂直地震作用的設計,從震害分析,規范給出的垂直地震作用明顯不足。
(2)雨蓬不得從填充墻內出挑。大跨度雨蓬、陽臺等處梁應考慮抗扭。考慮抗扭時,扭矩為梁中心線處板的負彎距乘以跨度的一半。
(3)框架梁、柱的混凝土等級宜相差一級。
(4)由于某些原因造成梁或過梁等截面較大時,應驗算構件的最小配筋率。
(5)出屋面的樓電梯間不得采用磚混結構。
(6)框架結構中的電梯井壁宜采用粘土磚砌筑,但不能采用磚墻承重。應采用每層的梁承托每層的墻體重量。梯井四角加構造柱,層高較高時宜在門洞上方位置加圈梁。因樓電梯間位置較偏,梯井采用混凝土墻時剛度
很大,其它地方不加剪力墻,對梯井和整體結構都十分不利。
(7)建筑長度宜滿足伸縮縫要求,否則應采取措施。如:增大配筋率,通長配筋,改善保溫,鋪設架空層,加后澆帶等。
(8)柱子軸壓比宜滿足規范要求。
(9)當采用井字梁時,梁的自重大于板自重,梁自重不可忽略不計。周邊一般加大截面的邊梁。
(10)過街樓處的梁上筋應通長,按偏拉構件設計。
(11)電線管集中穿板處,板應驗算抗剪強度或開洞形成管井。電線管豎向穿梁處應驗算梁的抗剪強度。
(12)構件不得向電梯井內伸出,否則應驗算是否能裝下。電梯井處柱可外移或做成L型柱。
(13)驗算水箱、電梯機房及設備下結構強度。水箱不得與主體結構做在一起。
(14)當地下水位很高時,暖溝應做防水。一般可做U 型混凝土暖溝,暖氣管通過防水套管進入室內暖溝。有地下室時,混凝土應抗滲,等級S6或S8,混凝土等級應大于等于C25,混凝土內應摻入膨脹劑。混凝土外墻應注明水平施工縫做法,一般加金屬止水片,較薄的混凝土墻做企口較難。
(15)采用扁梁時,應注意驗算變形。
(16)突出屋面的樓電梯間的柱為梁托柱時,應向下延伸一層,不宜直接錨入頂層梁內,并且托梁上鐵應適當拉通。錯層部位應采取加強措施。女兒墻內加構造柱,頂部加壓頂。出入口處的女兒墻不管多高,均加構造柱,并應加密。錯層處可加一大截面梁,上下層板均錨入此梁。
四、框架結構方案構思時應考慮以下幾點
(一)結構的傳力路線應簡捷明了。在荷載作用下,結構的傳力路線越短、越直接,結構的工作效能越高,所耗費的建材也就越少。
(二)從力學觀點看,在民用和公共建筑的平面布局中,應當盡量使柱網按開間等跨和進深等距(或近似于等距)布置,這樣可以相應減少邊跨柱距,也可以充分利用連續梁的受力特點以減少結構中的彎距,可以使各跨梁截面趨于一致,而提高結構的整體剛度。
(三)結構方案還應結合工程地質情況和建筑功能要求綜合考慮。
五、結構的類型
優先采用現澆式框架和裝配"整體式框架,避免采用全裝配式框架。由于地震作用的任意性,框架兩個主軸方向都可能受到地震作用。因此,抗震框架應設計成雙向剛接框架,不得采用橫向為框架,縱向為鉸接排架的結構體系。加強樓蓋的整體性,在高烈度(8度以上)區,應采用現澆樓面結構。在采用裝配"整體式樓蓋時,宜采用疊和梁,與樓面現澆層結合為一體,采用預制預應力樓板時,可將板縫拉開,放入適量鋼筋灌成小肋,后澆面層厚度一般不小于 50mm,內配一層雙向鋼筋網¢4-6@200。
六、結構的布置
平立面布置宜均勻、對稱。柱網布置要簡單規整, 合理布置填充墻。框架中砌筑填充墻加大了結構剛度。在樓層平面和豎向,填充墻的布置應盡可能做到均勻對稱。同時還要考慮到某些填充墻拆除的可能,以及某些墻有意外倒塌的可能。
七、防震縫
由于建筑體型的多樣化,復雜和不規則的結構是難免的。用防震縫將結構分段,是把不規則結構變為若干較規則結構的有效方法。多次震害表明,防震縫處的建筑裝飾在小震時就宜遭到破壞。要滿足罕遇地震時的變形要求,則防震縫很大,將給立面處理及構造帶來較大的困難,或由于設縫后使結構段過柔,帶來碰撞和失穩的破壞。因此,一般應通過采用合理的平面形狀和尺寸,盡量不設防震縫。對于特別不規則的建筑,質量和剛度分布相差懸殊的建筑,必須設防震縫時應考慮有足夠的縫寬。當地基土質較差時,除應考慮結構變形外,還應考慮不均勻沉降引起基礎轉動的影響,防震縫兩側樓板宜位于同一標高,防止樓板相撞使柱子破壞。
【關鍵詞】輕鋼結構;住宅;框架結構;設計
中圖分類號:TU391文獻標識碼: A
一、前言
隨著建筑設計行業的進步,輕鋼結構住宅框架結構越來越流行,成為了當前建筑行業廣泛使用的一種建筑結構體系。為了提高輕鋼結構住宅框架結構使用效果,必須要分析其設計的要點。
二、鋼框架結構體系
鋼框架體系的主要受力構件是框架梁、框架柱,它們通過鋼接共同抵抗豎向荷載和水平荷載。框架節點是結構整體性的關鍵部位,許多震害表明節點往往是導致結構破壞的薄弱環節,框架結構的側向剛度小,屬于柔性結構,在強震作用下,由于彈塑性變形所產生的水平位移較大,框架結構的自振周期長,自重小,地震荷載作用小,對抗震有利。但另一方面,高層框架由于側向剛度小,在強震作用下的頂端水平位移和層間水平位移都過大,導致非結構構件如填充墻、建筑裝修和設備管道等性破壞嚴重。在地震過程中,這些非結構性的破壞常常危及到生命財產的安全,而且震后的修復工作和投資往往也是很大的。
鋼框架體系在水平荷載的作用下產生水平位移,要滿足規范的要求必須增大框架的抗側力能力,框架體系的抗側力能力主要取決于梁、柱剛度,要提高框架體系中梁、柱剛度,只有增大梁、柱的截面面積,而梁、柱的截面過大會影響住宅的建筑布局和室內空間,因此受水平位移限制的影響鋼框架體系的住宅一般都在10層以下。
三、鋼結構建筑設計的原則
針對鋼結構建筑穩定問題,在實際設計中,我們必須遵循以下幾個原則:
1、結構整體布局必須考慮整個體系以及組成部分的穩定性要求。目前結構大多數是按照平面體系來設計的,如桁架和框架都是如此。為保證這些平面結構不致出平面失穩,需要從結構整體布置來解決,亦即設計必要的支撐構件。這就是說,平面結構構件的出平面穩定計算必須和結構布局相一致。
2、結構計算簡圖和計算方法所依據的簡圖相一致,這對框架結構的穩定計算十分重要。目前在設計單層和多層框架結構時,經常不作框架穩定分析而是代之以框架柱的穩定計算。在采用這種方法時,計算框架穩定時用到的柱計算長度系數,自應通過框架整體穩定分析得出,才能使柱穩定計算等效力框架穩定計算。然而,實際框架多種多樣,而設計中為了簡化計算工作,需要設定一些典型條件。
四、輕鋼結構體系的主要類型
針對低、高層鋼結構建筑的需求,當前主要采用的幾種典型輕鋼結構體系類型包括以下幾類:
1、冷彎薄壁型鋼結構體系
這種結構體系的構件采用薄鋼板冷彎成為C形、Z形、U形等結構件,能夠的按度使用,同時也可以組合使用由于各個桿件之間的連接采用自攻螺釘進行連接,因此這種鋼結構體系節點的剛性難以得到保證,其抗側能力較差,通常只適合于1~2層的低層建筑或者是別墅
2、框架結構體系
當前,框架結構體系廣泛的應用在多層鋼結構住宅的建設當中由于其縱向與橫向都設置有鋼制框架,且門窗的設置較為靈活,能夠提供空間較大的開間,利于住戶的二次設計,能夠很好的滿足多種生活需求鋼框架結構體系在設計的過程中充分考慮到了樓蓋的組合作用,并將之應用到多層建筑當中,能夠很好的滿足建筑的抗側需求但是,由于當前框架柱主要以H型鋼為主,其軸向的梁柱連接剛度不足,所以在設計施工過程中需要予以謹慎處理
五、輕鋼結構住宅框架結構體系設計要點
1、純框架結構體系的設計
純框架結構體系是鋼結構住宅的基本體系,不設置柱間豎向支撐,可以采用較大的柱距和獲得較大的使用空間,結構自振周期長,對地震作用不敏感,有很好的延性。框架的梁柱連接應該采用剛接節點,以便形成抵抗風荷載以及水平地震作用的抗側力結構。對于結構內部的一些次要的構件,如局部的平臺及樓梯間等的梁柱節點,也可以采用鉸接連接而不形成抗側力結構,這樣既可以簡化連接構造和靈活布置,且由于僅承受豎向荷載,使構件截面尺寸相應減小。鋼框架結構的側向剛度較柔,在風荷載和水平地震作用下,將產生較大的水平位移。雖然強度也是設計時要考慮的重要條件,但是,一般情況下,由于鋼材這種材料的高強度和很好的柔韌性,只要滿足了《高層民用建筑鋼結構技術規程》對結構層間位移限值的要求,結構構件的強度要求一般也可以滿足,結構的剛度會在設計中起決定作用。目前,框架體系多用于2~3層的商場、別墅、住宅等建筑。
2、框架中心支撐體系的設計
當框架體系層數較多時,由于側向作用力的增大,使得梁柱等構件尺寸也相對較大,失去其經濟合理性。這時宜增設支撐,形成框架支撐體系。中心支撐體系包括十字交叉支撐、單斜桿支撐、人字形或V形支撐。
K形支撐的交點位于柱中,地震時,因受壓斜撐屈曲或受拉斜撐屈服引起較大的側向變形,柱容易首先破壞,因此地震區很少采用。單斜桿支撐應該在結構中相向對稱布置,并且每層中不同方向斜桿的截面面積在水平方向的投影,相差不得超過10%。交叉支撐和人字形支撐在彈性工作階段,具有較大的剛度,層向變形小,能很好地滿足正常使用的功能要求。
交叉支撐在往復荷載作用下,桿件的屈曲變形只在交叉節點的一側發展,其滯回曲線呈反S滑移形。隨著循環次數的增加,其承載力下降多次循環后承載力趨于穩定,最后因低周疲勞而破壞。按支撐僅能承受拉力設計的中心支撐鋼框架,其受力性能較差,抗震結構不宜采用。同時承受拉壓的支撐,通過受壓屈曲或者受壓屈曲和受拉屈服來耗散能量,從而構成較復雜的滯回性能。
人字形或V形支撐的滯回性能同樣呈反S滑移形。與剛度較大的橫梁相連的人字形支撐體系,在首次達到水平極限荷載后,有明顯的承載力下降現象,但降幅不大。而與有限剛度橫梁相連的人字形支撐體系,在往復荷載作用下,承載力下降幅度甚大,只有原來的40%左右,在設計時應該特別注意。這種體系在設計時,人字形支撐橫梁應該有足夠的剛度,使其在受壓支撐屈曲后橫梁不至彎折。
3、框架偏心支撐體系的設計
偏心支撐框架(EBF)是指支撐偏離梁柱節點的鋼結構框架,是近二十年來發展起來的抗震結構。這種體系有很好的剛度,有極好的耗能能力以抵抗大的地震作用。它比框架中心支撐體系和純框架體系,有相對較小的側向位移和更均勻的層間分布。由于偏心支撐具有非常有效的控制變形能力,使得偏心支撐框架比純框架節省鋼材25%~30%,比中心支撐框架節省鋼材18%~20%。設計EBF有三個變量:支撐形狀、耗能梁段長度和耗能梁段的截面特性。一般先初選一個結構外形,根據抗剪設計的近似計算,選擇耗能梁段的長度和截面,然后用彈性分析程序算出房屋自振周期、底部剪力、剪力沿高度的分布、結構彈性位移和框架構件的內力分布等,對支撐和柱進行合理優化。
六、結束語
總而言之,輕鋼結構住宅框架結構體系的設計一定要更加科學合理,結合輕鋼結構體系的特點,以及現代住宅的設計需要,制定合理的施工方案,提高結構設計的科學性。
【參考文獻】
[1]葉國華,鄭亞平.淺談混凝土結構的耐久性設計與施工[J].科技信息(科學教研).2011(20)
【關鍵詞】框架結構;裂縫;產生原因;防治措施
作為一種主要的混凝土結構體系,目前框架結構已在高層建筑中得到廣泛的應用,但是在框架結構中,梁、板和填充墻等構件有時會有裂縫出現。安全性眾所周知的是任何建筑物必須達到的基本要求,建筑物的框架結構如果產生裂縫,會使整體結構的承載能力降低,也會使鋼筋銹蝕,從而使建筑物的耐久性降低,其使用功能受到很大的影響,安全隱患產生可能會釀成嚴重的安全事故。因此,對于框架結構裂縫產生的原因進行認真的研究,并切實采取必要的措施進行防治,設計十分必要和重要的。
1、框架主體結構裂縫及產生裂縫的原因分析
框架主體結構主要是指建筑物的梁、板和柱,其裂縫的主要包括以下幾種形式:一是由于不均勻的基礎沉降引起的裂縫。基礎的沉降不得超過地基變形容許值,當基礎上部具有過大的荷載,或者地基變形時,框架結構中的梁和板可能就會有裂縫產生;二是由于變化的溫度而引起的裂縫。混凝土變化的溫度會對其熱脹冷縮產生直接的影響,從而形成裂縫,這種類型的裂縫主要產生在建筑物的樓板上;三是由于混凝土的變形而引起的裂縫。在混凝土初期硬化的過程中,水泥水化會把較多的熱量釋放出來,而且混凝土對于熱能來說,屬于不良導體,其散熱很慢,因此混凝土的內部就形成了較高的溫度,這將使混凝土的內部體積發生較大的膨脹,從而裂縫形成。而且由于混凝土具有徐變的性能,這也致使混凝土構件產生裂縫。除了上面提到的三種裂縫成因,結構問題、構造問題、施工問題等也會導致裂縫的產生。
2、填充墻裂縫及產生裂縫的原因分析
目前,填充墻材料已經較為廣泛地采用蒸壓加氣混凝土砌塊、陶粒混凝土小型空心砌塊、珍珠巖混凝土小型空心砌塊等。在建筑的框架結構中,填充墻的主要作用是增加建筑物的整體剛度、分割空間等,雖然它并非是受力的主要構件,但是如果有裂縫產生,就會使結構的安全性、整體性和耐久性受到很大的影響。填充墻產生裂縫的主要原因是砌塊抗剪能力不強或者砌筑的質量不高。主要有三種裂縫表現形式:一是斜裂縫。一般情況下,填充墻的斜裂縫出現在墻體開口和轉角處,或者縱向外墻的兩端。一般情況下裂縫通過窗口的兩個對角,且在窗口處有較寬的裂縫,但逐漸向兩邊縮小,最后在縱墻上呈現八字形或對角“X”形;二是豎向裂縫。一般情況下,填充墻的豎向裂縫在窗臺墻下出現,而且在施工后不久就會出現這種裂縫,隨著時間的推移,其趨于穩定還需要持續數年的時間;三是水平裂縫。填充墻的水平裂縫一般出現在填充墻與梁、板的交接處,而且經常與斜裂縫相伴出現。
3、框架主體結構裂縫預防和處理的措施
3.1預防裂縫的主要措施
在進行結構設計時,要對基礎的選型予以重視;把散水坡設置在建筑的根部;對變形縫、沉降縫和抗震縫進行合理設置,減少由于不均勻的基礎沉降以及變化的溫度和地震作用而產生的裂縫。在北方地區,可以通過設置保溫層以防止產生裂縫;對框架結構進行優化,既要使框架結構具有足夠的剛度,又不能使交接處的剛度發生突變;對混凝土進行合理配比,盡量少使用水泥,同時摻入外加劑,以使混凝土拌合物的流變性能得到改善。在施工時,通過后澆帶的設置,分批進行混凝土的澆筑。對于梁和板構件來說,設置后澆帶應選擇在跨內荷載作用下內力和變形較小的部位,一般設置在跨度的三分之一的地方或者設置在跨中。后澆帶處的混凝土施工質量非常重要,因此在施工前把后澆帶兩側的混凝土認真鑿毛,并對澆帶內部進行清洗,然后再把一層水泥砂漿均勻涂刷其上,從而有助于粘結,而且至少在潮濕環境下經過15天的養護,以保證澆筑混凝土的質量。澆筑混凝土完成后,如果要對模板予以拆除,要在結構能夠承受設計荷載的前提下進行,以有效防止坍塌。
3.2處理裂縫的主要措施
(1)表面修補法。表面修補法是用水泥砂漿、合成樹脂、環氧膠泥等各種防水材料刷于裂縫表面,使其防水性能得到恢復,耐久性增強。這種方法適用于修補寬度小于0.2毫米的細微裂縫。
(2)內部修補法。一是壓力注漿法。在一定的壓力下,向裂縫內部注入強度高、粘度低的裂縫修補液,這種方法適用于修補寬度在0.1~1.5毫米的獨立裂縫、貫穿性裂縫和蜂窩狀裂縫;二是內部填充法。沿著裂縫的走向鑿出不小于20毫米的槽深和不小于15毫米槽寬的U形溝槽,然后在其中填充合成樹脂或者彈性填縫材料,從而實現修補裂縫的目標。
4、防治填充墻裂縫的主要措施
(1)預防裂縫的主要措施。在選材方面,應選擇不應小于MU5.0等級強度的砌塊,不小于MU2.5等級強度的加氣砌塊,不小于M5等級強度的砂漿;在設計方面,應在填充墻與框架之間設置拉結筋,并且要按照規范確定拉結筋深入墻內的長度,具體說就是:結合框架抗震等級進行設置,一、二級的抗震等級應該沿全長;三、四級的抗震等級應該不少于墻長的五分之一,而且不小于700毫米;在荷載方面,填充墻不僅要求穩定和自重,而且還應該能夠具有承受水平風和地震的荷載。此外,設置構造柱也要滿足預防產生裂縫的要求。
(2)處理裂縫的主要措施。針對因膨脹而產生的開裂,應在高溫季節進行修復,從而使構件在修復后,不再因膨脹的影響而有過大的拉應力產生;針對因收縮而形成的裂縫,對其進行修復一般要選擇在低溫季節進行,這樣可以使修復后再次產生收縮裂縫的可能性有效減小。一般采用的方法有彈性材料修補法、無紡布修補法、粉刷石膏修補法和石膏板覆蓋法等。
在框架結構中不可避免地會出現裂縫,但是完全可以利用合理的技術手段對其予以預防和修補。在設計和施工的過程中,要采取切實有效的預防措施,來控制裂縫的出現和發展;對于已經出現的裂縫,要有針對性地選擇適宜的修補方法對其進行完善,從而把結構的安全隱患徹底消除。
參考文獻
[1]趙明華,徐學燕.基礎工程[M].北京:高等教育出版社,2007.12
【摘 要】混凝土框架結構是工業及民用建筑中最常用的一種結構形式,本文從抗震結構破壞的角度出發,擅述了框架結構設計中的強柱弱梁,強剪弱彎,強壓弱拉,強節點弱桿件,避免短柱效應的概念設計理念,并據筆者多年經驗提出了結構處理措施。
【關鍵詞】強柱弱梁;強剪弱彎;強壓弱拉;強節點弱桿件;短柱效應
Seismic conceptual design of concrete frame and structural measures
Li Dang-feng
(Zhuoyuan Tiancheng (Beijing) Environmental Engineering Technology Co., Ltd. Xi'an Office Xian Shanxi 518057)
【Abstract】Concrete frame structure is the most commonly used in industrial and civil construction of a structure, this structural damage from the seismic point of view, good out of the frame structure of the strong column weak-beam, strong shear weak bending, pulling extreme pressure Ruo, strong nodes weak bar, to avoid the short column effect of conceptual design ideas, and many years of experience, according to the author proposed a structure measures.
【Key words】Strong column weak-beam;Strong shear weak bending;Forced weak pull;Strong node weak bars;Short column effect
1. 混凝土框架結構中的強柱弱梁是指使框架結構塑性鉸出現在梁端的設計要求。
用以提高結構的變形能力,防止在強烈地震作用下倒塌。我們知道對于框架結構建構筑物,柱破壞了其整個建構筑體都會傾覆,而梁破壞則僅是某個區域失效,因此柱較梁而言破壞的損害性更大。在結構設計過程中采用以下措施來保證強柱弱梁:
1.1 嚴格控制柱軸壓比;抗震設計的設防目標為小震不壞,中震可修,大震不倒,我們目前的計算均是基于小震下進行的,若小震下柱子軸壓比過高,則大震下將對邊柱產生一個不小的附加軸力(有文章指出約增加30%),則柱子根本不可能有這點安全儲備,在中震下就有可能破壞,又何談大震不倒呢?。筆者認為軸壓比在任何情況下都不能大于0.9%。
1.2 對柱斷面及配筋設置時應分部位處理,建議邊柱,角柱應適當加強,特別是角柱,建議應全柱加密箍筋,且配筋率不宜小于1%,所有框架柱,不包括小截面柱,建議縱筋均應大于20,且柱筋品種不宜過多,矩形截面柱盡可能對稱配筋。
1.3 梁斷面配筋時,建議應配足底部正筋,而支座處負筋應通過調幅讓其適當降低(常用0.85),以使地震作用下能形成梁鉸機制,保證柱端的實際受彎承載力大于梁端的實際受彎承載力。
2. 混凝土框架結構中的強剪弱彎是指使鋼筋混凝土構件中與正截面受彎承載能力對應的剪力低于該構件斜截面受剪承載能力的設計要求。
用以改善構件自身的抗震性能。強剪弱彎通俗點說就是使結構構件在發生受彎破壞前不先發生剪切破壞。彎曲破壞和剪切破壞是鋼筋混凝土構件在地震作用下常見的破壞形式。彎曲破壞是延性破壞,是有前期預兆的――如開裂或下撓等,而剪切破壞是一種脆性的破壞,瞬時的發生,沒有任何前期的兆示,一旦發生,將是致命性的。結構設計過程中保證強剪弱彎措施主要表現在提高作用剪力設計值,調整抗剪承載力兩個方面:
2.1 提高作用剪力設計值(1)對于一、二、三級框架梁,剪力設計值應分別乘以增大系數1.3,1.2,1.1。(2)對于一、二、三級框架柱,剪力設計值應分別乘以增大系數1.6,1.4,1.2。
2.2 對于調整抗整承載力方面,為防止梁,柱端發生斜壓破壞,規范對受剪截面規定了受剪承載力上限,即規定了配箍率的上限值(梁柱加密區的箍筋加密)。
2.3 對于剪切力特別大的梁端,最好的辦法是進行梁端加腋角。
3. 混凝土框架結構中的強壓弱拉是指使鋼筋混凝土工程構件在設計中應使受拉區鋼筋的屈服先于受壓區混凝土的破壞。
我們知道對于鋼筋混凝土工程構件而言,合理的承載受力狀態為混凝土受壓,鋼筋受拉且平衡外力,但混凝土與鋼筋的力學性能相差并不小,混凝土從受壓到壓碎,變形量很小,屬脆性破壞;鋼筋受拉從屈服到拉斷,變形過程很長,延性良好;因此保證了強壓弱拉即保證了鋼筋混凝土構件的延性破壞機制,防止了脆性破壞機制。結構設計過程中采用以下措施來保證強壓弱拉:
3.1 對壓彎構件(多為框架柱),嚴格控制軸壓比――壓彎構件的軸力越小延性越好。
3.2 限制受拉配筋率(鑒于框架底層柱底過早塑性屈服,影響框架塑性機制發展,《抗規》規定:框架底層柱底的組合彎矩設計值應考慮效應調整,一級抗震等級乘以增大系數1.5,二級抗震等級乘以增大系數1.25)。
3.3 在裂縫滿足的條件下,盡可能采用強度等級高的混凝土材料。
4. 混凝土框架結構中的強節點弱桿件是指節點的承載力不應低于其連接構件(梁、柱)的承載力,梁柱縱筋在節點區應有可靠的錨固。
在豎向荷載和地震作用下,框架節點主要承受柱傳來的軸向力、彎矩、剪力和梁傳來的彎矩、剪力。節點區的破壞形式為由主拉應力引起的剪切破壞。如果節點未設箍筋不足,則由于抗剪能力不足,節點區出現多條交叉斜裂縫,斜裂縫間混凝土被壓碎,柱內縱向鋼筋壓屈。國內外大地震的震害表明,鋼筋混凝土框架節點在地震中多有不同程度的破壞,破壞的主要形式是節點核芯區剪切破壞和鋼筋錨固破壞,嚴重的會引起整個框架倒塌。節點破壞后的修復也比較困難。框架節點是框架梁柱構件的公共部分,節點的失效意味著與之相連的梁與柱同時失效。另一方面,混凝土構件中鋼筋屈服的前提是鋼筋必須有可靠的錨固,相應地塑性鉸形成的基本前提也是保證梁柱縱筋在節點區有可靠的錨固。因此結構設計過程中采取以下措施來保證強節點弱桿件:
4.1 一般一、二級框架節點核芯區考慮節點剪力時應考慮節點剪力增大系數,一級取1.35,二級取1.2,其截面驗算及構造措施應嚴格按《抗規》附錄D 框架梁柱節點核芯區截面抗震驗算。
4.2 任何時候框架節點核芯區箍筋的最大間距和最小直徑都應按《抗規》6.3.8條作為控制限值,其配置量不應小于其,一、二、三級框架節點核芯區配箍特征值分別不宜小于0.12、0.10和0.08且體積配箍率分別不宜小于0.6%、0.5%和0.4%。柱剪跨比不大于2的框架節點核芯區配箍特征值不宜小于核芯區上、下柱端的較大配箍特征值。
4.3 框架梁和框架柱的縱向受力鋼筋在框架節點區的錨固和搭接應嚴格按遵從《混凝土規范》11.6.7條。