建筑施工中的板柱结构思考
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【摘要】板柱结构是一种经常被采用的结构体系,它具有不少优点,如施工支模及绑扎钢筋较简单,结构本身高度较小,可以减少建筑物的层高,从而降低建筑物的造价等等,但由于此种结构在遭受较强地震作用时,其板柱节点的抗震性能不如有梁的梁柱节点,此外,地震作用产生的不平衡弯矩要由板柱节点传递,它在柱周边将产生较大的附加应力,当剪应力很大而又缺乏有效的抗剪措施时,有可能发生冲切破坏,甚至导致结构的连续破坏。因此,新的抗震规范对于板柱-抗震墙结构的适用高度,作了较严格的规定。但是,实际工程中,对于板柱结构还是有大量要求的,本文目的,是想提供一些措施,使板柱结构可以建筑得更高一些,以满足实际需求。
【关键词】建筑板柱结构使用高度
1.综述
由于板柱结构(无抗震墙者)抗震性能较差,北京市建筑设计院1992年出版的《结构专业技术措施》中规定,在抗震设防烈度为6度的地区,层数不能超过四层,房屋总高不能超过16m,7度区为三层及12m,8度区为二层及8m。(以上指未设抗震墙的板柱结构)新的抗震规范GB50011-2001对于板柱结构作了比较严格的规定,例如,对于适用最大高度,6、7、8度区分别为40,35,30米;抗震墙应能承担全部地震作用,板柱部分能额外承担全部地震作用的20%;沿两个主轴方向通过柱截面的板底连续钢筋,有数量的要求(抗震规范6.6.9式)等等。
在抗震规范表6.1.1,现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度中,有板柱-抗震墙结构,但是没有不设抗震墙的板柱结构,它的意思是,不推荐采用不设抗震墙的板柱结构。
此外,目前有一种说法:抗震规范对于各种结构体系的房屋,都有一个“限制高度”,这是一个误解。的确,包括过去的抗震规范都提出了“适用的最大高度”,但这并不是“限制高度”,它的意思是,在使用该规范进行设计,并遵守规范的计算、构造等一系列要求,各种体系在各设防烈度时,该规范的适用范围,是多少高度。例如,在8度区,框架-抗震墙按该规范设计时,适用到100m高度。如果建筑物高度需要高于100m,就需采取比规范内容更严格的措施(包括计算与构造),并经过规定的审查,只要符合要求,是可以超过抗震规范表6.1.1中的高度的。总之,并无“限高”的说法。如果限制高度,只许建多少米,岂不是限制了科技的进步?
新抗震规范对于板柱-抗震墙的适用高度,规定得较低,这对于一般的高层建筑,是远远不够用的。是否可以建得更高一些,可以根据从震害分析着手:
美国阿拉斯加四季公寓的倒塌,往往被认为是板柱-抗震墙性能不好的一个例证。但从林同炎事务所的分析报告来看,该工程的设计按100%地震力由核心筒来承担,在承载力方面也是足够的,只因施工单位在钢筋接头上未按规定施工,才造成严重破坏。
阿尔及利亚的倒塌事故,是由于该工程为纯板柱结构(楼板为双向密勒,无梁),层高较高,跨度也较大。此种结构不能抵抗地震是不足为奇的,也不提倡此类结构。
综上所述,板柱结构的破坏主要是:
①.未布置一定数量的抗震墙,因而地震作用全由板柱框架承受。由于未布置抗震墙,此种结构的节点刚度又相对较弱,因此侧向位移常较大。由于它延性差,抗弯和变形能力很弱,再加上P-⊿效应,在强震时造成严重破坏甚至倒塌是很可能的。
②.板柱节点处,楼板抗冲切能力差。在柱子周边板内,未设置抗冲切的钢筋,或设置得不恰当,节点处不平衡弯矩对楼板造成的附加剪应力未适当考虑,柱周边板的厚度不够,使抗剪箍筋不易充分发挥作用,或柱子纵筋在节点处滑移。
由于这些原因,在强震时使墙板产生冲切破坏,随之楼板坠落,造成巨大损失。明白了板柱的破坏原因,采取相应有效的措施之后,板柱-抗震墙结构的抗震性能,将能有很大的提高,其设计强度也将提高。
2.板柱-抗震墙的设计建议
2.1结构布置
2.1.1应布置足够数量的抗震墙(包括核心筒),墙的位置宜避免偏心。
2.1.2在房屋周边,应布置边梁,以形成周边框架。
2.1.3抗震墙的厚度不应小于180mm,且不应小于层高的1/20,底部加强部位的抗震墙厚度不应小于200mm,且不应小于层高的1/16(可取层高及无支长度二者中较小值计算)。
2.1.4单片抗震墙的两端应设置端柱,楼层处应设置暗梁。筒体墙的端部应设置端柱或暗柱,楼层处应设置暗梁。
2.1.5抗震等级的选用:可比抗震规范表6.1.1中之“板柱-抗震墙结构”一栏所规定者,提高一级,但原为一级者,不必提高(房屋高度不超过抗震规范中的规定时,抗震等级不必提高)。
2.2设计计算
2.2.1抗震墙(核心筒)应承担结构的全部地震作用,各层梁柱框架应能承担不少于各层全部地震作用的20%,也即,墙与框架承担的地震作用总和为120%的全部地震作用。板柱框架不考虑承受地震作用,但仍应按抗震构造。
2.2.2当房屋高度超过抗震规范表6.1.1之规定值时,其楼层的最大弹性层间位移角限值应取为1/1000。
2.2.3楼板在柱周边临界截面的冲切应力,宜控制在较低水平,一般不宜超过允许值0.7ft的75%。
2.2.4当地震作用能导致柱上板带的支座弯矩反号时,应验算图中虚线截面的冲切承载力。
2.2.5板柱结构在地震作用下按等代框架分析时,其等代梁的宽度采用:
