建筑设计中板柱结构的适用高度

建筑设计中板柱结构的适用高度包仁 越唐山 市规划 建筑设 计研究 院 邮编 0 6 3 0 0 0摘要 : 建筑 设计中 板柱结 构的适 用高度 在实际 工程中 ,对于 板柱结 构是有 大量要 求的 ,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 , 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 高度一 .试论 板柱结 构由于 板柱结 构 (无抗 震墙者 ) 抗震 性能较 差 ,北京 市建筑 设计院 1 9 92 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 1 6m , 7度区 为三层 及1 2 m, 8度区 为二层 及 8 m 。 ( 以上 指未设 抗震墙 的板柱 结构 ) 新的 抗震规 范 G B5 0 01 1 -2 0 01 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 4 0 ,3 5 ,3 0 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 2 0 %; 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 1 00 m高度 。如果 建筑物 高度需 要高于 1 00 m ,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 1 0 0% 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。综上 所述 , 板柱 结构的 破坏主 要是 : . 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。 . 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 。二 . 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 1 8 0m m ,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 2 0 0m m ,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 2 0 %, 也即 , 墙与 框架承 担的地 震作用 总和为 1 20 %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 / 10 0 0。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 . 7f t的 7 5% 。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 : . 框架 方向跨 度的 3 / 4 . 垂直 于等代 框架方 向柱距 的 1 /2 两者 中的小 值。2 .2 . 6沿两 个主轴 方向通 过柱截 面的板 底连续 钢筋的 总截面 面积 , 应符 合下式 要求 :A S N G /f y式中 , A S 板底 连续钢 筋总截 面面积 。可按 每方向 1 /2 A S配置 ,此钢 筋应位 于柱截 面范围 内。N G 各层 楼板传 到柱子 的轴压 力 ,取设 计值f y 该连 续钢筋 的抗拉 强度设 计值。2 .2 . 7应考 虑由于 板柱节 点处的 不平衡 弯矩引 起的附 加剪应 力。2 .3 构造2 .3 . 1 8度时 宜采用 有托板 的板柱 节点 ,托板 根部的 厚度 (包括 板厚 )不宜 小于柱 纵筋直 径的 1 6倍。 托板的 边长不 宜小于 4倍板 厚及截 面相映 边长之 和。 7度时 也宜尽 可能设 置托板 。2 .3 . 2 宜在 柱上板 带中设 置暗梁 。 暗梁 宽度可 取柱宽 及柱两 侧各 1 . 5倍板 厚 。 暗梁 支座上 部钢筋面积 应不小 于柱上 板带钢 筋面积 的 5 0 %( 此钢 筋可作 为柱上 板带负 弯矩钢 筋的一 部分 ) ,暗梁 下部钢 筋不宜 少于上 部钢筋 的 1 / 2。暗梁 箍筋的 配置 : 当计 算不需 要时 , 箍筋 直径不 小于 8 m m, 间距 3 /4 h 0, 肢距 2 h0 ;当计 算需要 时 ,箍筋 直径按 计算确 定 , 但不 小于 1 0 mm ,间距 0 . 5h 0 , 肢距 1 . 5h 0 ,h 0为板 截面有 效高度 ( 不包 括托板厚度 )。2 .3 . 3柱上 板带支 座处暗 梁的上 部钢筋 ,至少 1 / 4应在 跨度方 向通长 。2 .3 . 4尽可 能采用 高效能 的 “ 抗剪 栓钉 ” , 以提 高板柱