新老建筑抗震设计规范中混凝土结构设计的比较.docx

新老建筑抗震设计规范中混凝土结构设计的比较摘要为进一步了解和学习新抗规，进而达到深入掌握并应用新抗震设计规范的目的，本文对新老抗规中混凝土结构设计部分进行了较为细致的对比，找出其差异；并结合汶川和玉树地震中发生的建筑震害以及在平时结构设计中的一些体会对规范修改部分进行了一些说明，提出了自己的一些见解，为结构设计人员更好的掌握新抗震设计规范提供一些参考。关键字新老抗规；混凝土结构设计；建筑震害；对比建筑抗震设计规范是有关我国建筑抗震设防的重要技术法规，自2001年颁布实施以来，对我国建筑行业的发展和防灾减震起到了十分重要的作用。近年来，我国进入了一个地震多发期，汶川、玉树等大地震相继发生，住房和城乡建设部组织中国建筑研究院等单位总结建筑抗震经验，对建筑抗震设计规范进行了局部修订，并将于2010年12月1日实施，与2001（2008版）（以下简称01规范）规范相比，2010版规范（以下简称新抗规）在混凝土结构设计特别在抗震构造方面有比较大的变化。新抗规一步规范和提高了我国地震区的抗震设防技术要求，提高了我国建筑工程的抗震水平，将有利保障我国人民生命财产安全。混凝土结构主要指框架结构和含抗震墙的结构（包括抗震墙结构、框架抗震墙结构、板柱抗震墙结构、筒体结构等）。在汶川和玉树地震中，这两种结构都经受了大地震考验，但是也暴露出不少问题。特别是框架结构还有框剪的框架部分在地震中出现大量破坏，下图列举了几种常见破坏形式：图一框架结构附属结构（女儿墙和填充墙）破坏图二 框架柱节点破坏图三防震缝过小，两侧框架柱碰撞破坏图四楼梯结构破坏本文主要对新老抗规中混凝土结构框架部分和抗震墙部分分别进行比较，找出其中的差异，并结合汶川和玉树地震中发生的建筑震害以及在平时结构设计中的一些体会对规范修改部分进行了一些说明，提出了自己的一些看法，为从事结构设计人员更好的掌握新抗规提供一些参考。框架结构和框剪及框架核心筒结构中的框架部分，适应需要较大空间的建筑结构；现浇混凝土中框架结构的的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，因而广泛应用于各类混凝土结构中。由于地震中框架部分出现的问题，新抗规对此作了一些调整；特别是对框架结构作了较大的调整。主要包括：1.一般规定框架结构属柔性结构，其侧向移动为结构高度的四次方，而且框架结构仅有框架柱一道抗震设防，当层数过高或是总高度过大时，为满足其最大位移限值的要求，必须加大柱子截面，甚至达到不经济，不合理的程度。据新抗规表6.1.1：框架结构适用的最大高度比01版规范有所降低，特别是七度区从55m降低到50m，八度区细分了（0.2g）40m、（0.3g）35m的规定，降低幅度大。九度区高度从25m降低至24m，变化较小，六度区未发生变化。钢筋混凝土结构的抗震等级的划分，主要针对混凝土结构中结构类型、烈度、高度等因素，要求结构延性的不同，根据不同的抗震等级采取相应的抗震措施。新抗规表6.1.2：将框架结构的30m改为24m，7、8、9度时，框架抗震墙，框支抗震墙及抗震墙结构，抗震等级作了进一步细分；以24m为界，小于24m时，其抗震等级比01规范降低一级，四级时不降低。修订之后的规范，降低了多层结构地震区的烈度等级，使设计更加的经济，这对于在地震烈度区混凝土多层结构的推广起到一定的促进作用。为了防止地震中由于防震缝过小导致两侧框架相互碰撞破坏，新规范6.1.4条将防震缝最小宽度增大到100mm。，2强柱弱梁、强剪弱弯、强节点核心区概念设计的加强地震震害表明，结构设计中提倡的强柱弱梁、墙剪弱弯、强节点核心区的设计理念没有得到很好的实现，地震中柱子发生压脆、纵向钢筋屈服、柱子节点剪压等破坏。究其原因，一是结构设计中没有充分的考虑板对梁刚度的贡献；二是梁配筋过多甚至超筋导致梁刚度特别大；三是窗墙导致柱子形成短柱；再是因为柱子由于节点区钢筋过密，施工质量差等因素导致柱子刚度达不到设计要求。新规6.2.2条，提高了框架结构中框架柱柱端弯矩增大系数c，由一级（1.4）、二级（1.2）、三级（1.1）提高到一级（1.7）、二级（1.5）、三级（1.3），并增加了四级（1.2）的要求；其它结构中框架部分弯矩增大系数未调整，但增加了四级（1.1）的要求。新抗规6.2.3条，一、二、三级框架结构的底层，柱下端截面组合的弯矩设计值，应分别乘以增大系数1.7、1.5、1.3，较01抗规中一级（1.5）、二级（1.25）、三级（1.15）有了较大提高；并增加了四级1.2的要求。新规6.2.5条，框架结构中柱的剪力增大系数vc，由一级（1.4）、二级（1.2）、三级（1.1）提高到一级（1.5）、二级（1.3）、三级（1.2），并增加了四级（1.1）的要求；其它结构中框架弯矩系数未调整，但增加了四级（1.1）的要求。新抗规附录D中，强节点系数jb，对于框架结构，由一级（1.35）、二级（1.2）提高至一级（1.5）、二级（1.35），并增加了三级（1.2）的要求。对其它结构中框架部分未作大的调整，但增加了三级宜取1.1的要求。规范的这些调整，更好的实现了结构强柱弱梁、强剪弱弯、强节点核心区的概念，提高混凝土结构中框架柱抗震延性，防房屋倒塌能力进一步加强。3框架基本构造措施新抗规6.3.4条，取消了梁端纵向钢筋的配筋率不应小于2.5%的硬性指标，解决了设计中经常由于要满足强剪弱弯，配筋大于2.5%的问题；一二三级框架结构中框架梁内贯通中柱纵向钢筋的直径要求由“宜”改为“应”，提高了其伸入节点的握裹要求。汶川、玉树地震震害表明，旧规范下框架柱容易出现混凝土压脆等震害现象。框架柱的轴压比对其弹塑性变形影响较大，直接影响柱的截面大小。据新抗规表6.3.6条，框架结构中柱的轴压比加严，限值减小了0.05，并增加了四级框架柱轴压比限值0.9的要求；其它框架抗震墙结构、板柱结构及筒体结构中框架的框架柱，一二级框架柱未作调整，三级框架柱轴压比由限制0.95降低至0.90，并增加了四级框架柱轴压比限值0.95的要求。新抗规表6.3.7-1，修订细化了框架结构中框架柱和其他结构中框架柱的最小总配筋率，由于框架抗震墙、筒体、板柱结构框架柱属于第二道地震防线，故而降低了其总配筋率要求。新抗规中柱截面纵向钢筋的最小总配筋率分别由一级（1.0）、二级（0.8）、三级（0.7）降到一级（0.9）、二级（0.7）、三级（0.6），总配筋率降低了0.1个百分点。新规范6.3.7条增加了一级框架柱的箍筋直径大于12mm且箍筋肢距不大于150mm。除底层柱下端外，最大间距允许采用150mm的规定。这也是考虑箍筋间距为100mm时，在框架节点区箍筋过于密集，不易保证施工质量。钢筋混凝土抗震墙能承受竖向和水平力，它的刚度很大，空间整体性好，房间内不外露梁、柱楞角，便于室内布置，方便使用。因而广泛应用于多层和高层钢筋混凝土房屋结构中。针对地震中反映的主要问题，新抗规对钢筋混凝土抗震墙结构抗震设计作了一些调整。主要包括：1剪力墙结构的加强区高度:新抗规6.1.10条规定调整如下：（1） 明确加强区高度从地下室顶板算起，当嵌固端位于地面以下时，加强区高度仍从地下室顶板算起，加强区需向地下室延伸。（2） 加强区高度由总高度的1/8改为1/10，取消不超过15m的规定，还补充了高度不超过24m的多层建筑的底部加强部位高度为底部一层的限制。以上规定将墙体底部可能出现塑性铰的高度范围作为底部加强部位，提高其受剪承载力，改善整个结构的抗震性能。2剪力墙的布置、厚度要求新抗规6.1.9条规定调整如下：（1） 抗震墙的两端宜设置端柱或另一方向的抗震墙相连；框支部分落地墙的两端应设置端柱或与另一个方向的抗震墙相连。此规定提高抗震墙平面外稳定及结构整体抗震能力；在结构设计中，应尽量避免一字型墙，尽量在剪力墙端部设置翼墙，当墙肢长度较小而不满足轴压比要求或是墙肢配筋超限时，设置端柱较为合适。（2） 抗震墙分成若干墙段后，各墙段高宽比不应小于2改为不宜小于3；据新抗规6.4.1条：抗震墙厚度将抗震墙厚度与层高之比的要求由“应”改为“宜”，并增加无支长度的相应规定；放宽了其要求。抗震墙的厚度主要与墙体的平面外稳定有关；在实际设计中，出于建筑功能要求，允许不满足其规定。例如房建中电梯核心筒在底层往往不满足高厚比限制值，但是抗震墙在满足平面外稳定和轴压比限制的前提下，可以放宽其层高和墙厚比的要求。3截面组合弯矩的调整据新抗规6.2.7条：一级抗震墙的底部加强部位以上部分，墙肢的组合弯矩设计值应乘以增大系数，其值可采用1.2，剪力相应调整。01版规范中底部加强部位不乘以增大系数，从而使加强区以上部位配筋相对加强，地震集中部位向上面转移，也防止上部墙肢早于底部加强区屈服。考虑此调整，新规范将底部加强区高度由总高度的1/8改为1/10，也是基于塑性铰向上转移，故而将底部加强区高度适当降低；新抗规6.4.4条：抗震墙竖向分布钢筋直径不宜小于10mm，抗震墙配筋也相应得到加强，提高整个结构的延性。4增加了剪力墙的轴压比的限值和调整约束边缘构件及构造边缘构件长度抗震墙的塑性变形能力，除了与纵向配筋等有关外，与相对受压区高度或轴压比、墙两端的约束范围、约束范围内配箍特征值有关。当截面相对受压区高度或轴压比较小时，即使不设约束边缘构件，抗震墙也具有较好的延性和耗能能力。当截面相对受压区高度或轴压比超过一定值时，就需设较大范围的约束边缘构件，配置较多的箍筋，提高抗震墙延性。据新抗规6.4.5条，本次修订增加了三级抗震墙设置约束边缘构件轴压比限值0.3的要求；细化了约束边缘构件范围和配筋与轴压比之间关系，如：一级（9度），一级(8度)，二三级抗震墙约束边缘沿墙肢长度lc（暗柱）、lc（翼墙或端柱）、配箍特征值v，分别以墙肢轴压比=0.2、0.3、0.4为界作了调整；纵向配筋增加了最小816的规定；相比01规范，在轴压比相对较小的情况下，细化后的约束边缘构件长度减小，配箍特征值v减小。据新抗规图6.4.5-1，构造边缘构件转角墙沿墙肢长度由不小于墙厚+300mm改为不小于400mm与墙厚+200mm的大值，带翼墙的构造边缘构件的总长度改为与矩形端柱同，不小于墙厚和400mm的大值；新抗规表6.4.5-2中增加了对构造边缘构件其他部位纵向钢筋最小量与面积Ac的关系。相比01规范，构造边缘构件转角墙、翼墙长度减小。新抗规既严格加强了约束约束边缘构件的控制，同时又细化其范围和配筋，且减小构造边缘转角墙和翼墙长度，使得设计更加合理。这对于提高抗震墙塑性变形能力及控制抗震墙结构经济性都是大有裨益的。此外，考虑到楼梯结构在地震中充当生命通道的作用，新抗规增加了对楼梯抗震要求，规范6.1.15条规定：楼梯构件与主体结构整浇时，应计入楼梯构件对地震作用及其效应的影响，应进行楼梯构件的抗震承载力验算；宜采取构造措施，减小楼梯对主体结构刚度的影响。本文主要通过对新老抗震设计规范中混凝土结构的框架部分和抗震墙部分分别进行对比，找出其变化，并提出个人的一些见解，供结构设计人员参考和交流。希望通过这种学习和交流，使结构设计人员更好的理解和运用新抗规。参考文献：国家标准建筑抗震设计规范管理组建筑抗震设计规范（GB50011-2010）统一培训教材北京：中国建筑工业出版社，2010.中华人民共和国建设部GB50011-2001(2008年版) 建筑抗震设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2008.中华人民共和国建设部GB50011-2010建筑抗震设计规范. 北京：中国建筑工业出版社，2010.清华大学、西南交通大学等汶川地震建筑震害分析及设计对策(精)北京：中国建筑工业出版社，2009.王成玉树4.14地震建筑结构震害调查与分析J建筑结构.2010,40(8):106-109.宋天齐框架结构最大高度的讨论.建筑结构.1999,6:45-45.高立人等高层建筑结构概念设计.北京：中国计划出版社，2004.