国内外的许多震害表明,多层建筑在造型复杂,质量和刚度分布差异显著,地质条件变化较大时,在地震作用下,由于结构各部位产生的变形不协调,导致结构一些部位破坏。在这种情况下,设置抗震缝,将基础顶面以上的结构断开,把房屋分成若干独立的单元体,使其在地震作用下互不影响,《混凝土结构设计规范》要求下列情况宜设抗震缝:
(1)平面形状复杂而无加强措施。 (2)房屋有较大错层。
(3)各部分结构的刚度或荷载相差悬殊。
当需要同时设置伸缩缝、沉降缝和抗震缝时,应三缝合一。抗震缝宽度详见《建筑抗震设计规范》。
对8、9度框架结构房屋,当抗震缝两侧结构高度、刚度或层高相差较大时,可在缝两侧房屋的尽端沿全高设置垂直于抗震缝的抗撞墙(图1.5),每一侧抗撞墙的数量不应少于2道,宜分别对称布置,墙肢长度可不大于一个柱距,抗震缝两侧抗撞墙的端柱和框架的边柱,箍筋应沿房屋全高加密。
图1.5 框架结构抗撞墙示意图
框架—剪力墙结构房屋的抗震缝宽度可采用框架结构规定数值的70%,且不宜小于70 mm。抗震缝宽度不够,相邻结构仍可能局部碰撞而损坏,而抗震缝过宽会给建筑处理造成困难,故高层建筑宜选用合理的建筑结构方案,不设抗震缝。
框架结构体系的构造要求 (1)框架结构受力与变形特点
框架结构是一个空间结构体系,沿房屋的长向和短向可分别视为纵向框架和横向框架。纵、横向框架分别承受纵向和横向水平荷载。
框架结构在水平荷载作用下的受力变形特点如图3.72所示。其侧移由两部分组成:第一部分侧移由柱和梁的弯曲变形产生。柱和梁都有反弯点,形成侧向变形。框架下部的梁、柱内力大,层间变形也大,愈到上部层间变形愈小(图3.72a)。第二部分侧移由柱的轴向变形产生。在水平力作用下,柱的拉伸和压缩使结构出现侧移。这种侧移在上部各层较大,愈到底部层间变形愈小(图3.72b)。在两部分侧移中第一部分侧移是主要的,随着建筑高度加大,第二部分变形比例逐渐加大。结构过大的侧向变形不仅会使人不舒服,影响使用;会使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏;还会使主体结构出现裂缝,损坏,甚至倒塌。因此,高层建筑不仅需要较大的承载力,而且需要较大的刚度(抗侧刚度),以使其结构层间侧移和顶层总侧移控制在容许的范围内。框架抗侧刚度主要取决于梁、柱的截面尺寸。通常梁柱截面惯性矩小,侧向变形较大,所以称框架结构
为柔性结构。虽然通过合理设计,可以使钢筋混凝土框架获得良好的延性,但由于框架结构层间变形较大,在地震区,高层框架结构容易引起非结构构件的破坏。这是框架结构的主要缺点,也因此而限制了框架结构的使用高度。
图3.72框架结构在水平荷载作用下的受力变形
图3.73 框架梁、柱纵向钢筋的构造要求
②框架梁箍筋
梁的箍筋沿梁全长范围内设置,第一排箍筋一般设置在距离节点边缘50mm处。
2)框架柱
①框架柱纵向钢筋
框架可能受到来自两个方向的水平荷载作用,框架柱的纵向钢筋宜采用对称配筋。框架柱纵筋的最小直径不应小于12mm,全部纵向钢筋的最小配筋率ρmin≥O.6%,最大配筋率ρmax≤5% 。
为了对柱截面核心混凝土形成良好的约束,减小箍筋自由长度,纵向钢筋
的间距不应大于300mm;为了保证纵向钢筋与混凝土之间有较好的粘结能力,纵筋之间的净距不应小于50mm。
②框架柱箍筋
箍筋应为封闭式,箍筋间距不应大于400mm及柱截面短边尺寸,且不应大干15d,d为纵向受力钢筋的最小直径;同时,在绑扎骨架中,箍筋直径不应小于d/4,且不应小于6mm,d为纵向钢筋的最大直径。当柱中全部纵向受力钢筋的配筋率超过3%时,箍筋直径不宜小于8mm,间距不应大于10d,且不应大于200mm;箍筋末端应做成135°弯钩且弯钩末端平直段长度不应小于箍筋直径的l0倍,最好焊接成封闭式。 3)框架节点 ①现浇框架节点
框架梁上部纵向钢筋伸入中间层端节点的锚固长度,当采用直线锚固形式时,不应小于la,且伸过柱中心线不宜小于梁上部纵向钢筋直径的5倍。当柱截面尺寸不足时,梁上部纵向钢筋应伸至节点对边并向下弯折,其包含弯弧段在内的水平投影长度不应小于0.4la,包含弯弧段在内的竖直投影长度应取为15d,参见图3.74。
图3.74梁上部纵向钢筋在框架中间层端节点内的锚固
②框架梁或连续梁上部纵向钢筋应贯穿中间节点或中间支座范围(图3.75),该钢筋自节点或支座边缘伸向跨中的截断位置参见受弯构件纵筋在支座处的截断构造或图3.73。
③框架梁或连续梁下部纵向钢筋在中间节点或中间支座处应满足下列锚固要求(在端节点处的锚固相同):
a.当计算中不利用该钢筋的强度时,其伸入节点或支座的锚固长度为:带肋钢筋10d,光面钢筋15d.
b.当计算中充分利用钢筋的抗拉强度时,下部钢筋可锚固在节点或支座内,此时,可采用直线锚固形式[图3.75(a)],锚固长度不应小于la;下部纵向钢筋也可采用带90°弯折的锚固形式[图3.75(b)];下部纵向钢筋也可伸过节点或支座范围,并在梁中弯矩较小处设置搭接接头[图3.75(c)]。
图3.75梁下部纵向钢筋在中间节点或支座范围的锚固与搭接 (a)节点中的直线锚固;(b)节点中的弯折锚固(c)节点或支座
范围外的搭接
c.当计算中充分利用钢筋的抗压强度时,下部纵向钢筋应按受压钢筋锚固在中间节点或支座内,此时,其直线锚固长度不应小于O.7la;下部钢筋也可伸过节点或支座范围,并在梁中弯矩较小处没置搭接接头。
④框架柱的纵向钢筋应贯穿中间节点或中间层端节点,柱纵向钢筋接头应设在节点区以外。
顶层中间节点的柱纵向钢筋及顶层端节点的内侧柱纵向钢筋可用直线方式锚入顶层节点,其自梁底标高算起的锚固长度不应小于la,且柱纵向钢筋必须伸至柱顶。当顶层节点处梁截面高度不足时,柱纵向钢筋应伸至柱顶并向节点内水平弯折。当充分利用柱纵向钢筋的抗拉强度时,柱纵向钢筋锚固段弯折前的竖直投影长度不应小于O.5 la ,弯折后的水平投影长度不宜小于12d。当柱顶有现浇板且板厚不小于80mm、混凝土强度等级不低于C20时,也可向外弯折,弯折后的水平投影长度不宜小于12d(d为纵向钢筋的直径)。
⑤框架顶层端节点处,可将柱外侧纵向钢筋的相应部分弯入梁内作梁上部纵向钢筋使用,也可将梁上部纵向钢筋与柱外侧纵向钢筋在顶层端节点及其附近部位搭接。搭接可采用下列方式:
a.搭接接头可沿顶层端节点外侧及梁端顶部布置[图3.76(a)]。搭接长度不应小于1.5 la,其中,伸入梁内的外侧柱纵向钢筋截面面积不宜小于外侧柱纵向钢筋全部截面面积的
65%;梁宽范围以外的外侧柱纵向钢筋宜沿节点顶部伸至柱内边,当柱纵向钢筋位于柱顶第一层时,至柱内边后宜向下弯折不小于8d后截断;当位于柱顶第二层时,可不向下弯折。当有现浇板且板厚不小于80mm、混凝±强度等级不低于C20时,梁宽范围以外的外侧柱纵向钢筋可伸入现浇板内,其长度与伸入梁内的柱纵向钢筋相同。当外侧柱纵向钢筋配筋率大于1.2%时,伸入梁内的柱纵向钢筋应满足以上规定,且宜分两批截断,其截断点之间的距离不宜小于20d。梁上部钢筋应伸至节点外侧并向下弯至梁下边缘高度后截断。(d为柱外侧纵向钢筋直径)。
图3.76 梁上部纵向钢筋与柱外侧钢筋在顶层端节点的搭接
4)装配式及装配整体式框架节点
装配式及装配整体式框架节点是结构的薄弱部位,在设计和施工中应采取有效措施保证梁柱在节点形成刚结,使得框架结构能够整体受力。 5)连接构造要求
①钢筋的连接可分为两类:绑扎搭接;机械连接或焊接。受力钢筋的接头宜设置在受力较小处,在同一根钢筋上宜少设接头。
当受拉钢筋的直径d>28mm及受压钢筋的直径d>32mm时,不宜采用绑扎搭接接头。
②同一构件中相邻纵向受力钢筋的绑扎搭接接头宜相互错开。
在任何情况下,纵向受拉钢筋绑扎搭接接头的搭接长度均不应小于300mm。 ③构件中的纵向受压钢筋,当采用搭接连接时,其搭接长度不应小于O.7ll,且在任何情况下不应小于200mm。 (3)框架结构抗震构造措施 1)材料 ①混凝土
混凝土结构的混凝土强度等级不宜过高,否则将降低构件的延性;混凝土强度等级也不能过低,过低则会减弱混凝土与钢筋的粘结作用导致钢筋在反复荷载作用下产生滑移。近年来,国内工程中开始应用高强度混凝±,由于高强度混凝土脆性性质明显,对其在高烈度区的应用应有所限制。
有抗震设防要求的混凝土结构的混凝土强度等级应符合下列要求:设防烈度为9度时,混凝土强度等级不宜超过C60;设防烈度为8度时,混凝土强度等级不宜超过C70。当按一级抗震等级设计时,混凝土强度等级不应低于C30;当按二、三级抗震等级设计时,混凝士强度等级不应低于C20。 ②钢筋
钢筋的变形性能直接影响结构构件在地震作用下的延性,为了使得构件中产生的塑性铰具有良好的变形能力,来吸收和耗散地震能量,结构构件中应采用延性较好的钢筋。普通纵向受力钢筋宜采用HRB400、HRB335级热轧钢筋;箍筋宜选用HRB335、HRB400、HPB235级热轧钢筋。
为了使得结构出现塑性铰以后截面具有足够的转动能力,钢筋不致过早拉断,按一、二级抗震等级设计中,要求纵向受力钢筋的屈强比大于1.25,即要求钢筋的抗拉强度实测值比屈服强度的实测值至少高出25%。为了实现“强柱