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抗震设计中对不宜采用单跨框架(双柱落地)如何理解?

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发表于 2013-7-12 18:16:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

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有抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架(双柱落地)的原因?

  单跨框架是由两个柱单根梁形成,一旦发生地震,尤其超设防烈度的大震情况下.两个柱的其中一根遭受破坏,显而易见将使建筑容易倒塌,因为整体结构缺乏赘余的空间体系。1999年9月21日,台湾发生的地震中,台中客运站因为是采用了双柱单跨框架,由于一侧柱破坏而导致全楼倒塌。


抗震设计中对不宜采用单跨框架如何理解?  

  因为单跨框架(双柱落地)由两根柱一根梁组成结构承重类型,整体结构没有赘余的空间体系,抗震设防起不到多道设防目的,设防单一,在地震力作用下,有一根柱子破坏,则整体建筑就容易倒塌,尤其在超设防烈度的地震情况下,震害也证实了单跨框架破坏情况;另外,在高层建筑中,其侧向刚度较小,在水平力作用下,为了满足位移要求,常以加大构件截面以满足侧向刚度需求而显得经济效益差。

 楼主| 发表于 2013-7-12 18:27:41 | 显示全部楼层
房屋抗震检查工作中如何看待单跨框架结构


摘 要:单跨框架结构是一种抗震不利体系,《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)和《建筑抗震鉴定标准》(GB50023—2009)都对单跨框架结构做了相关规定,本文通过对广西区中小学校舍的抗震鉴定和加固工作,简要探讨了该类结构的相关加固方法,提出了采用板墙或钢筋网砂浆面层提高结构抗震能力的策略,为今后该类结构的抗震鉴定和加固提供参考。

关键词:单跨框架;抗震鉴定;加固

1           前言

广西地处亚热带,长年似夏,为求得较好的通风采光效果,很多中小学教学楼和生活设施建筑都采用单面走廊的形式,其结构形式也相应采用了单跨框架结构体系,而单跨框架作为框架结构的特殊形式,其抗侧移刚度小,耗能能力弱,结构冗余度小,在遭遇强烈地震时,很容易由于单个竖向构件发生破坏继而引发结构连续倒塌。这类建筑存在着很大的安全隐患,在国内外历次的地震中都证明这种结构体系对抗震严重不利,所以在总结经验教训的基础上,新设计的建筑应当尽量避免采用单跨框架结构,已建成的单跨框架结构应当进行抗震鉴定并加固以提高其抗震能力。

2  抗震鉴定及加固方法探讨

2.1 结构抗震鉴定

《建筑抗震设计规范》第6.1.5条规定,“高层的框架结构不应采用单跨框架结构,多层框架结构不宜采用单跨框架结构”。

《建筑抗震鉴定标准》第6.2.1条也规定,“框架结构不宜为单跨框架,乙类设防时,不应为单跨框架结构”。

根据以上规定,可以看出单跨框架结构均在国家规范限制使用之列,但也根据其高度及设防分类而有所区别对待,特别是对于既有房屋的鉴定,其规范的应用更应该因实际情况而定,对此,《建筑抗震鉴定标准》第6.1.2条有专门论述:“现有钢筋混凝土的抗震鉴定,应根据其设防烈度重点检查下列薄弱部位:一、6度时,应检查局部易掉落伤人的构件、部件及楼梯间非结构构件的连接构造;二、7度时,除应按第一款检查外,尚应检查梁柱节点的连接方式、框架跨数及不同结构体系之间的连接构造;三、8、9度时,除应按第一、二款检查外,尚应检查梁、柱的配筋,材料强度,各构件间的连接,结构体系的规则性,短柱分布,使用荷载的大小和分布等。”可见对于现有建筑所需鉴定范围(包括框架跨数)除考虑建筑用途、层数、高度等外,与其抗震设防烈度更是密切相关。根据《抗震鉴定标准》6.2.8条规定,综合抗震能力不满足抗震要求的房屋,应对其采取加固措施。

2.2 加固方法探讨

在对广西区中小学校舍的抗震检查中,对属于单跨框架的结构都需要做抗震加固,一般此类结构的加固方法主要分为以下三类:一是增设抗震墙,改为框架剪力墙结构;二是增设多余约束,将单跨框架改为多跨框架;三是采用耗能支撑等新型抗震加固技术。

作为第二类加固备选方案,常规做法是在外廊增设框架柱,改变原有的单跨框架结构形式,使结构变为双跨框架结构体系。我们认为这一方案只是形式上的改变,只为在叙述文字上符合规范的提法,而实际这一做法,却是对既有结构的“伤筋动骨”,并且改变了外走廊悬挑梁的受力状态,对构件更为不利,后加的柱子与原有框架是否能成为一个整体,特别是其梁柱之间是否能形成能传递较强弯矩的刚性节点,在技术上很难实现,因为梁柱之间的受力钢筋应彼此锚固到一定的长度要求,并要求有较强的箍筋做辅助,而这些构造要求在加固作业上很难实现,且施工质量直接影响到加固效果,一旦存在施工或设计的疏忽,在遭遇强烈地震时,则很可能在结构上无法形成塑性铰而各个击破,造成整栋建筑倒塌,因此这种看似改变了单跨框架为多跨框架的做法是很不可取的。

增设剪力墙、耗能支撑的加固方法可以有效减少结构在预期地震下的变形,并在大震作用下成为主要抗侧力构件,然而考虑到建筑外观及使用功能要求,剪力墙及斜撑的布置存在很大的局限性,结果往往使得增设的剪力墙出现短肢,甚至无处可加,且增设框架柱及抗震墙的方法需要新增加基础,对建筑影响较大。

因此为保证在基本不影响使用功能的情况下实现加固目标,建议采用板墙的加固方案,具体措施是用混凝土板墙或钢筋网砂浆面层对既有砖墙进行加固,对承载力不足的梁柱可以采用粘帖碳纤维或钢板进行加固,从而将单跨框架结构改造成“少墙-框架结构”,减少对原有结构的破坏,又提高结构的整体抗震能力。这一加固方法也多次被王亚勇教授等多次提及,所谓“少墙-框架结构”,意在应对横墙较少的多层砌体房屋,增强其既有墙体的抗震能力,是比较经济、实用、有效的方法。

3          结论

(1)单跨框架结构体系延性低、赘余度少,很容易在大震下发生构件连续

破坏继而倒塌。因此,需严格控制这类结构体系的应用。对于新建的乙类建筑不应采用单跨框架,对既有的单跨框架结构,需进行抗震鉴定并加固。

(2)采用板墙的加固方案能有效提高结构抗震性能,方案经济、便捷,且相对于增设多于约束或斜撑等方法,更具有可行性。

参考文献

〔1〕GB50023—2009 建筑抗震鉴定标准〔S〕中国建筑工业出版社,2009

〔2〕GB50011—2001 建筑抗震设计规范〔S〕中国建筑工业出版社,2008



来源:邱玉峰   范锡南   (南宁市房屋安全鉴定所  广西 南宁  530023)

发表于 2017-4-22 20:56:39 | 显示全部楼层

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