解建學(xué)

陜西省韓城市建筑工程管理處

    隨著基本建設(shè)規(guī)模的擴大，各類工業(yè)、民用和公共建筑迅速增多，現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)由于整體性強，抗震性能好，建筑空間分隔靈活等優(yōu)點，在其中占著十分重要的地位。我市的抗震設(shè)計和抗震措施均按7度基本設(shè)防裂度考慮的，在地震區(qū)框架結(jié)構(gòu)的施工中如何保證其內(nèi)在的質(zhì)量，充分發(fā)揮框架所特有的抗震性能，滿足抗震要求，是施工管理工作中的一項重要內(nèi)容，也是施工技術(shù)人員一項重要的職責(zé)。

 

    近五、六年來，從我在工程質(zhì)量監(jiān)督管理的感受中，有以下幾個問題，甚感重要，特敘述如下：

 

    1、在豎向荷載作用下，框架本身具有良好的工作性能，它能承受較大的豎向荷載而處于比較理想的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

 

    2、在水平荷載作用下，一方面由于柱受到軸向壓縮和拉伸，使框架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生整體彎曲變形，這種變形，隨著框架的高寬比變化而改變（高寬比小，彎曲變形小，高寬比大，彎曲變形大）；另一方面，由于剪切引起梁柱局部彎曲，在梁柱中形成反彎點，產(chǎn)生水平位移，使整個框架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)剪切變形。

 

    3、框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，在地震荷載作用下，框架的柱頂位移和層間位移都比較大。

 

    4、框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點是剛性節(jié)點，屬于幾何不變體，這種剛性節(jié)點，對桿件的轉(zhuǎn)動，具有約束作用，從而減少了橫梁的正彎矩值。

 

    5、框架結(jié)構(gòu)的自震周期長，結(jié)構(gòu)影響系數(shù)小，自重小，相應(yīng)地震力也小，對抗震是有利的。

 

    框架結(jié)構(gòu)一個重要的指導(dǎo)思想和抗震原則是強柱弱梁理論，所謂強柱弱梁，并不是要梁的強度小于柱的強度，而是指考慮地震作用組合的框架柱，應(yīng)使得梁配筋后產(chǎn)生的極限彎矩，小于柱配筋后產(chǎn)生的極限彎矩。

 

    強柱弱梁基本思想是，柱子要強，梁要弱，同時對柱而言，因為它非常重要，所以要采取雙保險措施，即要求強度保證和延伸性保證。所有這些，在設(shè)計上通過選擇梁型側(cè)移機構(gòu)，避免出現(xiàn)柱型側(cè)移機構(gòu)，通過限制軸壓比和強度核算等辦法是能夠保證實現(xiàn)強柱弱梁原則的。盡管從設(shè)計的角度上是可以實現(xiàn)強柱弱梁原則的，但即是是再合理、再正確的設(shè)計，也還是通過施工來實施的，而在施工中，如何保證這些原則，得以實施呢？

 

    在以往施工大量的混合結(jié)構(gòu)中，往往形成了這樣一種錯誤的概念，即由于材料的備料和供應(yīng)方面的原因，常常發(fā)生需要材料代用現(xiàn)象，在材料代用中，一般是按照等強原則進行代換，但在實現(xiàn)等強換代理論時，仍有“材料代用，寧大勿小”的情況，甚至有“越大越安全”的糊涂思想，應(yīng)當(dāng)指出，這在通常施工的磚混結(jié)構(gòu)和在非地震區(qū)，盡管造成浪費，但無疑是可行的，而在地震區(qū)施工框架就不同了。當(dāng)然，在柱子中，以大代小，還沒有什么危害，而在梁中，就絕對不能容許了，因為有個強柱弱梁問題，梁在按強度計算所需的配筋，本身已能滿足要求，加上材料的實際強度均高出設(shè)計強度（超強），所以安全儲備就已足夠，倘若還要繼續(xù)以大代小，梁上縱筋過多，產(chǎn)生更大的超強，就勢必造成與抗震原則恰恰相反的強梁弱柱情況，即發(fā)生柱的破壞先于梁之前。在結(jié)構(gòu)中某一梁的破壞，只涉及到本層、本跨，而柱的破壞，不僅涉及到本層和相鄰跨，還要影響到上部各層，所以這是絕對不能容許的。在這里，必須明確的是，抗震的框架結(jié)構(gòu)與靜力下的結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)概念完全不同了。在靜力狀態(tài)下，用于等強論，希望梁柱同時達到破壞（即梁壞柱壞，同時壞）這是優(yōu)化設(shè)計，而在地震區(qū)就不同了，它的概念變成了結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下，允許出現(xiàn)有不同程度的破壞。允許一部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件先破壞，而另一部分結(jié)構(gòu)、構(gòu)件后破壞，結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的抗震等級，不同部位，設(shè)計成有強有弱，強弱有別的構(gòu)件，以便滿足延性要求，實現(xiàn)大震不倒，小震不壞的設(shè)計思想。

 

    根據(jù)上述要求，在施工中，施工框架應(yīng)嚴格限制盲目地擴大構(gòu)件斷面尺寸，增加主筋數(shù)量，改變鋼筋和混凝土的強度等級等不正確的作法，而是在該強的地方一定得強，不該強的地方一定要弱，才能符合強柱弱梁設(shè)想。

 

    在框架結(jié)構(gòu)中，與強柱弱梁相聯(lián)系的另一個問題是強剪弱彎。它也是在設(shè)計及施工中必須認真強調(diào)和貫徹的重要抗震原則之一。所謂強剪弱彎，就是要避免結(jié)構(gòu)在彎曲屈服以前，先出現(xiàn)剪切破壞的情形。因為剪切破壞，是一種脆性破壞，破壞時框架變形很小，幾乎沒有什么預(yù)兆，所以框架結(jié)構(gòu)，無論是柱，還是梁，都必須滿足強剪，與強剪相比（相對而言）便是弱彎，就是說，在剪切截面設(shè)計與受彎截面設(shè)計時，必須達到剪大于彎，即抗剪強度大于抗彎強度。

 

    從設(shè)計的角度，通過強度核算，通過截面限制條件，通過箍筋的設(shè)置等構(gòu)造措施，是能夠?qū)崿F(xiàn)強剪弱彎條件的，即能夠保證受剪切破壞前，結(jié)構(gòu)先達到彎曲屈服，使其有足夠的充分變形，解除突然破壞的危險。

 

    實現(xiàn)強剪弱彎，主要是通過抗震設(shè)計來實現(xiàn)。而在施工中，應(yīng)該首先熟悉這些原則，并在關(guān)鍵部予以把關(guān)，保證在施工中這些原則得以實現(xiàn)，這是重要的一環(huán)，比如為實現(xiàn)強剪弱彎，而在梁左右端，柱上下端塑性區(qū)加密箍筋的作法，必須按設(shè)計要求進行施工，并且明確在這些關(guān)鍵部位不能疏忽大意。在思想上必須明確加密橫向箍筋的作用。一、它可以提高抗剪強度；二、它對砼起著約束作用，從而改善砼的延性性能；三、它對縱向鋼筋提供側(cè)向支承，以及在大變形下，防止縱筋壓屈。

 

    關(guān)于箍筋的構(gòu)造要求，必須要滿足設(shè)計規(guī)定的加密范圍，最小直徑限制，最大間距限制，而且在構(gòu)造上，應(yīng)改變施工企業(yè)中多年來的習(xí)慣作法，即用90度的直鉤，地震災(zāi)害表明，用90度直鉤，一般經(jīng)過三個回合。砼的保護層將全部脫落，這樣作，等于將箍筋浮擱在受力鋼筋表面上，而起不到約束砼和鋼筋的作用，再經(jīng)震動，形式上的箍筋已不起作用，所以核心砼便由整體變成塊體，進而再由塊體變成散體，很快喪失承載能力，所以規(guī)范中規(guī)定，在地震區(qū)箍筋應(yīng)作成135度變勾，而且彎筋端頭的平直部分應(yīng)有10d長度，使它伸入砼核心區(qū)，這樣，即使再有幾個回合的震動，由于箍筋端頭伸入砼內(nèi)，牢牢地約束著核心區(qū)內(nèi)的砼，使它保持著密實的，完好的斷面，從而提高了結(jié)構(gòu)的抗震能力，所以在施工中，要極力盡心，改變習(xí)慣作法，進一步從嚴要求，按照規(guī)范和圖紙要求施工。

 

    框架結(jié)構(gòu)是由梁和柱通過接點聯(lián)結(jié)而構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)體系，所以節(jié)點的強度、節(jié)點的構(gòu)造，是整個框架的結(jié)構(gòu)中一個至關(guān)重要的問題，必須放在頭等重要的地位予以保證。因為從受力特征看，所有梁柱內(nèi)力都是通過節(jié)點進行傳遞的，節(jié)點一旦解體，前面所說的兩個概念（強柱弱梁和強剪弱彎）都將得不到保證。從破壞的后果看，不論是梁的破壞，還是柱的破壞，都只涉及到局部范圍，而且破壞后，比較容易地得到修復(fù)，而節(jié)點一經(jīng)破壞，節(jié)點作為柱的一個組成部分，使柱喪失了與梁的連接，使梁、柱同時失效，這將產(chǎn)生嚴重的后果，而且節(jié)點破壞，要想修復(fù)它是十分困難的，即使修復(fù)，其可靠性也把握不大，所以抗震結(jié)構(gòu)中的另一個重要問題便是強節(jié)點。——即強柱弱梁更強節(jié)點。

 

    在施工中，要采取得力措施，確保節(jié)點永遠處于彈性狀態(tài)下工作，而不允許它進入塑性狀態(tài)。

 

    節(jié)點的受力相當(dāng)復(fù)雜：垂直荷載在節(jié)點產(chǎn)生內(nèi)力，水平荷載在節(jié)點產(chǎn)生內(nèi)力，由于地震荷載具有正負交替的特點，所以在節(jié)點上，左右梁端的彎矩及上下柱端的彎矩經(jīng)常出現(xiàn)反向（變號）值，這兩種彎矩在節(jié)點核心區(qū)內(nèi)產(chǎn)生很大的剪力，節(jié)點的破壞，大都因為在核心區(qū)內(nèi)的抗拉強度小于實際產(chǎn)生的主拉應(yīng)力，而產(chǎn)生斜向裂縫，這種破壞，屬變形很小的脆性破壞，一般用設(shè)置箍筋的辦法來滿足。

 

    在一般的設(shè)計圖紙上，在節(jié)點核心處都是按照要求設(shè)置并另加密箍筋，以便讓節(jié)點處于彈性狀態(tài)下工作。可是在實際施工中，節(jié)點上，柱子鋼筋上下通過，梁的鋼筋縱橫通過，要想放置箍筋況且還要加密，相當(dāng)困難，有時箍筋就簡直放不進去，所以施工中接點核心區(qū)的箍筋往往“能減就減”（即能少放就少放）和“能簡就簡”，有時索性不放箍筋。

 

    凡此種種，不僅節(jié)點沒有得到加強，反而削弱了，這是一個十分嚴重的問題，關(guān)鍵部位必須嚴于把關(guān)，想盡一切辦法，得到加強，實際中可將箍子作成兩個U形箍，從兩邊套上去，用電焊焊牢，這樣作，既解決了實際困難，又能保證抗震效果。

 

    在結(jié)構(gòu)框架中，填充墻問題，顧名思義，是起圍護作用而設(shè)置。

 

    隨著建設(shè)規(guī)模的擴大和框架結(jié)構(gòu)的普及應(yīng)用，許多中小企業(yè)承擔(dān)了相當(dāng)數(shù)量的框架工程的施工，由于這些企業(yè)大都資金缺乏，周轉(zhuǎn)材料不足，所以施工框架時，采用先砌填充墻的磚，而后澆梁柱砼的施工方法，用砌好的填充墻代替支柱和模板，藉以彌補周轉(zhuǎn)材料的不足，同時，也節(jié)省了施工費用。

 

    初看起來，這種施工工藝，節(jié)約了周轉(zhuǎn)材料，增加了框架的剛度是件好事，但是我認為這種作法應(yīng)是有條件的，框架結(jié)構(gòu)中的填充墻，它是作為間隔房間和起圍護作用而設(shè)置的，施工時，如果不分青紅皂白，盲目使用上述辦法，有時會產(chǎn)生預(yù)想不到的嚴重后果，因為按照上述施工方法，實際上填充墻與框架一道，共同參與了抗震工作。這樣以來，框架所承擔(dān)的剪力就要增大，由于地震力是按剛度進行分配的，剛度逾大，地震力也逾大，框架承受的剪力，超過它在設(shè)計計算所能承擔(dān)的剪力，就出現(xiàn)剪切破壞的現(xiàn)象。如果填充墻在設(shè)計計算時已考慮它參與抗震工作，上述施工方法是可以的，或者是在設(shè)計計算時未考慮填充墻參與抗震，但對于剛度均勻的外墻采用上述方法也是可行的，因為均勻地增加剛度，在地震力作用下，各框架受力都處于機會均等的狀態(tài)下，均勻地承擔(dān)大致相等的剪力，也不至于改變設(shè)計意圖和計算假定，只是結(jié)構(gòu)的延性稍有減少而已。但應(yīng)指出，要采用上述施工工藝，必須按照抗震要求，保證填充墻的材料強度等級和施工質(zhì)量，不能認為反正是填充墻，材料（強度等級）低一些沒有多大關(guān)系的概念；另一種情況是，質(zhì)量剛度不均勻，不對稱的框架結(jié)構(gòu)，在設(shè)計計算上也未考慮填充墻的抗震作用，尤其是剛度大而強度低的填充墻，就絕對不能采用上述施工方法，因為當(dāng)填充墻達到極限強度時，剛度急驟退化，又將地震力轉(zhuǎn)移到框架上面，造成與計算簡圖不符和意想不到的破壞情況，所以遇到框架剛度不對稱，不均勻的情況，不僅不能采取上述施工辦法，而且應(yīng)當(dāng)將墻與框架采用柔性連接，才能減少震害。

 

    在地震區(qū)現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)的施工中，必須明確框架結(jié)構(gòu)的受力特點和工作機理，這樣在施工中，才能由“必然”進入“自由”，從而獲得更多的主動性，作為施工技術(shù)人員，這是一項重要的基本功，所以務(wù)求概念明確，熟練掌握，才能正確指導(dǎo)施工，確保結(jié)構(gòu)的安全和可靠。

 

1、《混凝土結(jié)構(gòu)工程設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2002）  中國建筑工業(yè)出版社  2002年

2、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204—2002）中國建筑工業(yè)出版社  2002年

3、程文瀼  康谷貽  顏德姮《混凝土結(jié)構(gòu)》  中國建筑工業(yè)出版社  2006年