關于板柱結構的適用高度

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摘要： 板柱結構是一種經(jīng)常被采用的結構體系，它具有不少優(yōu)點，如施工支模及綁扎鋼筋較簡單，結構本身高度較小，可以減少建筑物的層高，從而降低建筑物的造價等等，但由于此種結構在遭受較強地震作用時，其板柱節(jié)點的抗震性能不如有梁的梁柱節(jié)點，此外，地震作用產(chǎn)生的不平衡彎矩要由板柱節(jié)點傳遞，它在柱周邊將產(chǎn)生較大的附加應力，當剪應力很大而又缺乏有效的抗剪措施時，有可能發(fā)生沖切破壞，甚至導致結構的連續(xù)破壞。因此，新的抗震規(guī)范對于板柱-抗震墻結構的適用高度，作了較嚴格的規(guī)定。但是，實際工程中，對于板柱結構還是有大量要求的，本文目的，是想提供一些措施，使板柱結構可以建筑得更高一些，以滿足實際需求。 

    關鍵詞： 板柱結構 適用高度 1．綜述    板柱結構是一種經(jīng)常被采用的結構體系，它具有不少優(yōu)點，如施工支模及綁扎鋼筋較簡單，結構本身高度較小，可以減少建筑物的層高，從而降低建筑物的造價等等，但由于此種結構在遭受較強地震作用時，其板柱節(jié)點的抗震性能不如有梁的梁柱節(jié)點，此外，地震作用產(chǎn)生的不平衡彎矩要由板柱節(jié)點傳遞，它在柱周邊將產(chǎn)生較大的附加應力，當剪應力很大而又缺乏有效的抗剪措施時，有可能發(fā)生沖切破壞，甚至導致結構的連續(xù)破壞。因此，新的抗震規(guī)范對于板柱 -抗震墻結構的適用高度，作了較嚴格的規(guī)定。但是，實際工程中，對于板柱結構還是有大量要求的，本文目的，是想提供一些措施，使板柱結構可以建筑得更高一些，以滿足實際需求。    震害實例（略）     由于板柱結構（無抗震墻者）抗震性能較差，北京市建筑設計院 1992年出版的《結構專業(yè)技術措施》中規(guī)定，在抗震設防烈度為6度的地區(qū)，層數(shù)不能超過四層，房屋總高不能超過16m，7度區(qū)為三層及12m，8度區(qū)為二層及8m。（以上指未設抗震墻的板柱結構）新的抗震規(guī)范GB50011-2001對于板柱結構作了比較嚴格的規(guī)定，例如，對于適用最大高度，6、7、8度區(qū)分別為40，35，30米；抗震墻應能承擔全部地震作用，板柱部分能額外承擔全部地震作用的20%；沿兩個主軸方向通過柱截面的板底連續(xù)鋼筋，有數(shù)量的要求（抗震規(guī)范6.6.9式）等等。    在抗震規(guī)范表 6.1.1，現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度中，有板柱-抗震墻結構，但是沒有不設抗震墻的板柱結構，它的意思是，不推薦采用不設抗震墻的板柱結構。    此外， 目前 有一種說法：抗震規(guī)范對于各種結構體系的房屋，都有一個“限制高度”，這是一個誤解。的確，包括過去的抗震規(guī)范都提出了“適用的最大高度”，但這并不是“限制高度”，它的意思是，在使用該規(guī)范進行設計，并遵守規(guī)范的 計算 、構造等一系列要求，各種體系在各設防烈度時，該規(guī)范的適用范圍，是多少高度。例如，在 8度區(qū)，框架-抗震墻按該規(guī)范設計時，適用到100m高度。如果建筑物高度需要高于100m,就需采取比規(guī)范 內(nèi)容 更嚴格的措施（包括計算與構造），并經(jīng)過規(guī)定的審查，只要符合要求，是可以超過抗震規(guī)范表6.1.1中的高度的?？傊o“限高”的說法。如果限制高度，只許建多少米，豈不是限制了 科技 的進步？    新抗震規(guī)范對于板柱 -抗震墻的適用高度，規(guī)定得較低，這對于一般的高層建筑，是遠遠不夠用的。是否可以建得更高一些，可以根據(jù)從震害 分析 著手：    美國阿拉斯加四季公寓的倒塌，往往被認為是板柱 -抗震墻性能不好的一個例證。但從林同炎事務所的分析報告來看，該工程的設計按100%地震力由核心筒來承擔，在承載力方面也是足夠的，只因施工單位在鋼筋接頭上未按規(guī)定施工，才造成嚴重破壞。    阿爾及利亞的倒塌事故，是由于該工程為純板柱結構（樓板為雙向密勒，無梁），層高較高，跨度也較大。此種結構不能抵抗地震是不足為奇的，也不提倡此類結構。     1985年墨西哥地震，板柱結構遭受破壞，主要由于板柱節(jié)點抗沖切能力不足，如果按我國新的抗震規(guī)范的要求去設計，再在沖切 方法 上作改進，并加強抗震墻的構造，這類破壞是可以避免的。   綜上所述，板柱結構的破壞主要是：     ①．　未布置一定數(shù)量的抗震墻，因而地震作用全由板柱框架承受。由于未布置抗震墻，此種結構的節(jié)點剛度又相對較弱，因此側(cè)向位移常較大。由于它延性差，抗彎和變形能力很弱，再加上 P-⊿效應，在強震時造成嚴重破壞甚至倒塌是很可能的。    ②．　板柱節(jié)點處，樓板抗沖切能力差。在柱子周邊板內(nèi)，未設置抗沖切的鋼筋，或設置得不恰當，節(jié)點處不平衡彎矩對樓板造成的附加剪應力未適當考慮，柱周邊板的厚度不夠，使抗剪箍筋不易充分發(fā)揮作用，或柱子縱筋在節(jié)點處滑移。     由于這些原因，在強震時使墻板產(chǎn)生沖切破壞，隨之樓板墜落，造成巨大損失。     明白了板柱的破壞原因，采取相應有效的措施之后，板柱 -抗震墻結構的抗震性能，將能有很大的提高，其設計強度也將提高。順便指出，抗震規(guī)范6.1.1條文編制說明內(nèi)，“框架-核心筒結構中，帶有一部分僅承受豎向荷載的無梁樓板時，不作為板柱-抗震墻結構”，此種結構可按框架-核心筒考慮，但應考慮本文“設計建議”中的各條要求。    2．板柱-抗震墻的設計建議   2．1結構布置   2．1．1應布置足夠數(shù)量的抗震墻（包括核心筒），墻的位置宜避免偏心。   2．1．2在房屋周邊，應布置邊梁，以形成周邊框架。如在周邊布置確有困難，則應在其他部位布置一定數(shù)量的框架梁，使結構形成板柱-框架-抗震墻的綜合體系。此種布置，不屬于抗震規(guī)范中的板柱-抗震墻結構。   2．1．3抗震墻的厚度不應小于180mm，且不應小于層高的1/20，底部加強部位的抗震墻厚度不應小于200mm，且不應小于層高的1/16（可取層高及無支長度二者中較小值計算）。   2．1．4單片抗震墻的兩端應設置端柱，樓層處應設置暗梁。筒體墻的端部應設置端柱或暗柱，樓層處應設置暗梁。   2．1．5抗震等級的選用：可比抗震規(guī)范表6.1.1中之“板柱-抗震墻結構”一欄所規(guī)定者，提高一級，但原為一級者，不必提高（房屋高度不超過抗震規(guī)范中的規(guī)定時，抗震等級不必提高）。   2．2設計計算   2．2．1抗震墻（核心筒）應承擔結構的全部地震作用，各層梁柱框架應能承擔不少于各層全部地震作用的20%，也即，墻與框架承擔的地震作用總和為120%的全部地震作用。板柱框架不考慮承受地震作用，但仍應按抗震構造。   2．2．2當房屋高度超過抗震規(guī)范表6.1.1之規(guī)定值時，其樓層的最大彈性層間位移角限值應取為1/1000。   2．2．3樓板在柱周邊臨界截面的沖切應力，宜控制在較低水平，一般不宜超過允許值0.7ft的75%。   2．2．4當?shù)卣鹱饔媚軐е轮习鍘У闹ё鶑澗胤刺枙r，應驗算圖中虛線截面的沖切承載力。   2．2．5板柱結構在地震作用下按等代框架分析時，其等代梁的寬度采用：   ①．框架方向跨度的 3/4以及    ② .垂直于等代框架方向柱距的1/2    兩者中的小值。     2．2．6沿兩個主軸方向通過柱截面的板底連續(xù)鋼筋的總截面面積，應符合下式要求：    AS≥NG/fy   式中， AS——板底連續(xù)鋼筋總截面面積?？砂疵糠较?/2AS配置，此鋼筋應位于柱截面范圍內(nèi)。    NG——各層樓板傳到柱子的軸壓力，取設計值   fy——該連續(xù)鋼筋的抗拉強度設計值。   2．2．7應考慮由于板柱節(jié)點處的不平衡彎矩引起的附加剪應力。   2．3構造   2．3．1　8度時宜采用有托板的板柱節(jié)點，托板根部的厚度（包括板厚）不宜小于柱縱筋直徑的16倍。托板的邊長不宜小于4倍板厚及截面相映邊長之和。7度時也宜盡可能設置托板。   2．3．2　宜在柱上板帶中設置暗梁。暗梁寬度可取柱寬及柱兩側(cè)各1.5倍板厚。暗梁支座上部鋼筋面積應不小于柱上板帶鋼筋面積的50%（此鋼筋可作為柱上板帶負彎矩鋼筋的一部分），暗梁下部鋼筋不宜少于上部鋼筋的1/2。   暗梁箍筋的配置：當 計算 不需要時，箍筋直徑不小于 8mm，間距≤3/4h0,肢距≤2h0；當計算需要時，箍筋直徑按計算確定，但不小于10mm，間距≤0.5h0,　肢距≤1.5h0.　h0為板截面有效高度（不包括托板厚度）    2．3．3柱上板帶支座處暗梁的上部鋼筋，至少1/4應在跨度方向通長。   2．3．4盡可能采用高效能的“抗剪栓釘”，以提高板柱結構的抗沖切性能。   3．結論   當設計及構造采取上述全部建議后，作者認為，此類結構的適用高度，可按抗震規(guī)范表 6.1.1中框架-抗震墻結構取用。