浅谈混凝土多层厂房的抗震设计

【关键词】混凝土结构厂房；抗震设计；措施 

　　当前国内对建筑物的抗震要求必须能够应对不同强度和频率的地震，具有较强的抵抗能力。目前很多厂房因为工艺的使用要求及限制，会出现多层单跨框架、大量错层和开洞、跨层柱等情况，从而造成结构的平面不规则及竖向不规则，在地震作用下，使结构产生严重扭转、应力过于集中等问题，进而使得建筑物损坏。 

　　在选择厂房厂址方面应该避开对厂房结构不利的地质结构，选择能够确保厂房结构稳定性的地质结构上，能够提升抗震性能的地质结构有稳定的基岩、坚硬土以及密实均匀的中硬土等，而非岩质的陡坡、山顶、河岸的边坡边缘都是不利于建筑物的抗震性能。厂房在选址方面应该注意以下几点： 

　　首先是选择比较薄的场地覆盖层。分析世界各地的大地震对建筑物的破坏情况可以看出，位于柔性地质接哦股和厚土层的建筑物损坏最严重，而薄土层或者位于基岩上的建筑物损坏比较轻，最著名的是1967年的委内瑞拉大地震，同一地区的不同土层厚度上的建筑物损坏差异比较明显，薄土层上面的建筑物损坏程度要小于后土层。其次是尽量选择在坚实的场地上。地震损害研究表明，场地的刚度越大，地震损害程度就越低，反之则是越大，因此厂房应该选择的具有较大平均剪切波速的坚硬场地上。最后是使钢筋混凝土结构厂房的自振周期远离地震的卓越周期，避免产生共振，我们知道，如果建筑物的自振周期和地震的卓越周期比较接近或者相同，那么建筑物就会发生因共振而加大损害程度，因而必须避免这种情况的出现。 

　　2、强柱弱梁设计方面 

　　强柱弱梁能够并避免混凝土结构在达到预计延性能力前发生剪切损坏，通过对混凝土结构的动力反应分析表明，混凝土结构的变形能力和破坏机制有很大的关系。常用的强柱弱梁的调整措施是增加柱子的抗弯能力，使得在梁端先出现塑性铰，这是考虑到柱的弯矩在地震作用下可能会变大，在混凝土结构出现塑性铰以前，混凝土结构的构件会因为受压区混凝土的非弹性物质与受拉区混凝土的开裂，使得混凝土与钢筋之间的粘结效果降低，进而降低各个构件的刚度，而梁刚度会比受压的柱的降低程度要严重，混凝土结构也会在最初的剪切型变形向剪弯型变形过渡，柱内的弯矩比例增大，同时结构的周期加长也会影响到结构内各个振型参与系数的大小，当地震力系数发生变化将会导致部分柱的弯矩增加，但是因为人为增加钢筋，使得梁的实际屈服强度得到提升，从而使得梁在出现塑性铰的时候，柱内弯矩增加。钢筋混凝土结构出现塑性铰之后，因为上述原因，使得柱的弯矩会随着地震力的增加而增大。以上调整措施基本上强柱弱梁调整措施基本上能够确保结构的大震不倒的要求。 

　　3、强剪弱弯设计方面 

　　强剪弱弯能够保证混凝土结构的塑性铰截面在达到预期非弹性变形之前至于发生剪切损坏，通常是在梁端、柱端、剪力墙底部加强区域、梁柱节点核心区和剪力墙洞口连梁梁端提升作用剪力。对钢筋混凝土结构的连续梁和悬臂梁受到剪切承载力的实验表明，混凝土剪切强度降低、纵筋暗销力降低以及斜裂缝骨料咬合力降低都会导致梁受承载力降低。规范对混凝土的受剪承载力降为非抗震的60%，钢筋项没有降低。同样，对偏压柱受剪承载力实验表明，反复加载使柱受剪承载力降低10%～30% ，主要由混凝土项引起，采取与梁相同的作法。对剪力墙的实验表明，其反复加载比单调加载受剪承载力降低15%～20% ，采用非抗震受剪承载力乘以0.8的折减系数。梁柱抗震受剪承载力是由混凝土的水平箍筋和混凝土的斜压杆两部分所受的承载力组成，计算方法已经由相关专家给出，这里不再赘述。为了防止梁、柱、剪力墙、节点和连梁等结构不发生斜压破坏，我们可以对受剪截面设置受剪承载力上限，这样基本上能够满足强剪弱弯的设计要求。 

　　4、构造措施方面 

　　混凝土结构的构造措施是剪力墙铰区、梁、柱为了满足结构实际需要的苏醒转动能力，因而必须采取比较严的构造设计方案。 

　　4.1梁的构造设计 

　　梁塑性铰截面的延性都会随钢筋的屈服程度和配筋率的增加而降低，随着受压钢筋配筋率以及混凝土强度提升而增加，随着截面的增加而增加。对于梁的塑性铰区域的箍筋能够防止纵筋的压屈，进而提升混凝土极限压变，抵抗建立和组织斜裂缝产生的能力。梁高跨比越大，剪切变形比例基本上也就越小，梁的延性也就得到提升。梁的箍筋的配筋率过低，在梁开裂之后，钢筋可能产生屈服甚至是断裂，进而引起梁断裂，使得整个建筑物存在坍塌的可能性。因此必须结合《建筑抗震设计规范》，对于梁纵筋的最小配筋率、最大配筋率、箍筋加密区长度、最小直径、最大间距、体积配箍筋率和最大肢距都有严格的规定，抗震设计过程中必须予以重视。 

　　4.2柱的构造设计 

　　混凝土结构中的柱为压弯型受力构件，轴压比大小对柱的耗能性和延性影响比较大，当轴压比比较小的时候，柱子很容易发生偏压破坏，构件的延性就会得到提升，进而具有极强的变形能力，但是耗能性将会降低，当轴压比逐步增大，耗能性也会逐步增加，但是延性下降非常快并且构件的箍筋对延性的辅助作用将会降低。箍筋对柱的延性也是起到非常重要的作用，约束纵筋、提升混凝土的压实边能够阻止斜裂缝的产生和发展。柱的配筋通常采用对称配筋方式，纵筋的配筋率越大，柱的延性也就会越好，因而《建筑抗震设计规范》中都对主动 最大配筋率、最小配筋率、箍筋加密区的长度、最小直径、最大间距、体积配箍率和最大肢距都有严格的规定，同时还对柱的高宽比，剪跨比、截面的最小高度以及宽度都作出了明确的规定，进而提升钢筋混凝土结构的抗震性能。 

　　4.3节点构造设计 

　　节点作为钢筋混凝土结构的梁柱配筋的锚固区，因而是对钢筋混凝土结构的性能影响是非常大的。为了确保节点核心区剪压比较低的时候在收到地震作用以及建筑竖向荷载作用下，能够为节点核心区域提供必要的约束，使得阶段在不利的外部环境作用下能够具备基本的抗剪能力，使节点核心区的箍筋实现可靠锚固。《抗震规范》中对节点核心区的箍筋的最大间距、最小直径和最佳体积配箍率都有明确的要求，因而梁柱纵筋节点的锚固是梁柱钢筋设计中重要的内容之一。 

　　4.4剪力墙构造设计 

　　为了确保剪力墙的耗能能力以及混凝土结构的延性，约束墙肢，防止剪力墙出现大裂缝，《建筑抗震设计规范》中都对剪力墙的边缘构件做出了详细的规定，对剪力墙的轴压比也进行了明确的限制和最小墙厚的要求，剪力墙设计过程中必须为防止斜拉剪切破坏，限制斜裂缝的发展，减小温度收缩裂缝，严格设计剪力墙的水平、竖向分布筋的最小配筋率、最大间距、最小直径。 

　　5、总结 

　　钢筋混凝土厂房结构设计过程中，至始至终都要对结构体系、刚度分布以及构件延性做出精确的计算和制定施工方案，才能够消除建筑中抗震的薄弱环节，使得混凝土结构的厂房具有良好的抗震性能，保护人们的生命财产安全，确保震后尽快恢复生产。