从汶川地震看框架结构设计中抗震设防要点
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节点不出现脆性剪切破坏，才能使梁、柱充分发挥其承载能力和变
为强梁弱柱。
形能力，使梁、柱塑性铰顺序出现完成之前，节点区不过早破坏。
因此，结构设计时，在不影响建筑使用功能的情况下，有必要 3 结语
加大柱子断面 和 配 筋，考 虑 把 一 定 宽 度 楼 板 的 配 筋 作 为 梁 的 配
筋，而适当减小梁的截面尺寸和配筋，归并系数取 1． 0，以减弱梁
而梁柱构件的延性是以其截面塑性铰的转动能力来度量的。“强 程施工质量，确保人民的生命财产安全。
剪弱弯”设计的实质是控制梁柱的破坏形态，使其发生延性较好 参考文献：
的弯曲破坏，避免脆性的剪切破坏。规范中从以下几个方面进行 ［1］ 孙治国，王东升，李宏男，等． 汶川地震钢筋混凝土框架震害
了规定，实现控制构件的破坏形态：
1） 通过汶川地震的震害分析表明，我国建筑工程界秉承的
“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标是安全可靠的。 的刚度，对于结构复杂的关键部位可进行适当放大。文献［3］中
只要严格按照抗震设防目标设计、施工的房屋是能够经得起大震 6． 2． 2 条也对框架结构的柱端弯矩增大系数 ηc 进行了调整，以确 考验的。新的抗震规范更注重了从概念上提高结构构件的安全 保强柱弱梁的实 现。同 时，在 结 构 设 计 时 应 尽 量 避 免 出 现 短 柱，
收稿日期：2011-03-10 作者简介：李学进（ 1979- ） ，男，硕士，工程师，大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116011
·42·
第 37 卷 第 20 期 2011 年7 月
山西建筑
2 混凝土框架结构设计要点的体现
实质上也是对构件最小截面尺寸的要求。3） 柱轴压比限制及体
力所对应的弯矩值之和，根据实配钢筋面积（ 计入梁受压筋和相 架梁柱节点处的箍筋是防止节点破坏的一道防线，在文献［3］中
关楼板钢筋） 和材料强度标准值确定。
6． 2． 14 条已经明确提出： 一级、二级、三级框架的节点核心区应进
而实际设计中对于抗震等级为二级、三级的构件，柱的配筋 行抗震验算。相比较早版本的规范，将三级框架的节点核心区并 通常为构造配筋，而节点处梁的上皮钢筋受拉，配筋往往较大，设 入抗震验算的范畴。汶川地震中，许多框架的节点区箍筋明显配
或多发生，底层柱 柱 根 的 塑 性 铰 较 晚 形 成，各 层 柱 子 的 屈 服 顺 序
4） 抗震设防目标的实现不应仅仅局限于设计人员，同时也应
应错开，不要集中在某一层。
加强对施工技术人员及管理人员的抗震概念宣教，严格执行相关
要使结构具有延性，必须保证框架梁柱构件有足够的延性， 设计要求、现行施工规范，杜绝偷工减料等恶性事件发生，提高工
计中经常将梁支座负筋采用归并系数进行归并放大，通常不采用 实配钢筋所对应的弯矩值来复核式 6． 2． 1 是否满足，设计可能形 成的是“强梁弱柱”。本次的震害研究也表明，实际破坏形式也多
置不足，有些间距竟然近 250 mm，甚至不配置箍筋，施工质量较差。 由于节点区的受力情况比较复杂，在结构设计时只有保证各
Mc = 1． 2 Mbua ［3］。其中， Mbua 为节点
6． 3． 7 条分别对梁、柱的主筋配筋率要求进行了规定，对柱的主筋 配筋要求加强，也体现了“强柱”的思想。
2． 3 强节点、强锚固
结构中的节点域受力复杂，容易发生破坏。节点的可靠与否
左右梁端截面逆时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载 是关系梁、柱能否可靠工作的前提，必须做到强节点、强锚固。框
从本次震害的整体情况来看，经过抗震设防，特别是在 1990 年 后设计建造的建筑整体表现良好，即使在极震区实际烈度高出抗 震设防烈度 3 度 ～ 4 度（ 地震动强度超出预计的 10 倍） 的情况下， 仍有较多建筑虽受到中等至严重破坏，但未倒塌，达到了“小震不 坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标［4］。
储备。设计人员应充分理解并坚决执行规范要求。 若实难避免，应对形成的短柱进行加强措施，提高柱的延性，避免
柱的脆性破坏。
2） 结构本身应具备多道防线，应与建筑专业充分沟通，尽量
2． 2 强剪弱弯
采用规则平立面，减少震害。 3） 重视节点核心区。抗震规范 2010 版对三级框架节点核心
结构设计所期望的破坏机制应是梁比柱的塑性屈服早发生 区配箍特征值做了明确规定，设计人员应引起重视。
∑Mb 。要实现以上不等式，在实际中很难控制，也很难精确计 破坏。5） 纵筋配筋率。GB 50011-2010 建筑抗数来调整： Mc = ηc Mb ［3］。同
时要求一级的框架结构和 9 度的一级框架可不符合上式要求，但
∑ ∑ ∑ 应符合下式要求：
综上几例框架的典型破坏分析，充分表明框架结构设计中概 念的重要性，特别 是 一 些 基 本 的 概 念 应 该 清 楚，做 到 重 点 部 位 重 点加强，将钢筋用在关键部位，切实遵循以下设计原则。
2． 1 强柱弱梁
强柱弱梁即要求柱端截面的屈服弯矩大于梁端截面的屈服
∑ 弯矩，使 塑 性 铰 尽 可 能 出 现 在 梁 的 端 部。即 满 足： Mc ＞
2） 梁的破坏。梁是结构水平承力构件，板上的荷载通过梁传 递给柱，一旦梁破坏，楼板将遭到破坏而退出工作。图 3 是位于 映秀镇泯江右岸 的 某 六 层 框 架 结 构，在 地 震 中 遭 到 严 重 破 坏，未 发生倒塌。图 4 显示其中一根梁的剪切破坏形态，图 5 显示楼梯 间平台梁发生了严重的剪切破坏。调查发现，地震对楼梯间的破 坏相对较重。楼梯 间 作 为 地 震 疏 散 的 通 道，一 旦 发 生 破 坏，人 员 疏散几乎不能实 现。楼 梯 间 在 地 震 时，受 力 比 较 复 杂，作 为 设 计 人员，必须清楚楼 梯 间 在 地 震 中 的 重 要 性，适 当 加 强 楼 梯 间 的 构
积配箍率。GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 6． 3． 6 条对 08 版规 范中轴压比限值进行了调整，普遍降低 0． 05，以提高柱的延性。 体积配箍率也进行了调整，不再扣除重叠部分的箍筋体积。4） 箍 筋。GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 6． 3． 3，6． 3． 7 条分别对梁、 柱的箍筋要求进行了规定。震害分析表明，在塑性铰区配置足够 箍筋的构件，在地 震 中 能 满 足 承 载 力 要 求，而 配 置 箍 筋 较 少 或 不 配置箍筋的构件，往往发生严重的破坏，如图 6，图 7 所示的节点
如图 1 所示为映秀镇漩口中学教学楼倒塌后的情形［1］，框架 底层柱端已经形 成 弯 曲 塑 性 铰，不 能 实 现 强 柱 弱 梁 的 要 求，反 而 形成强梁弱柱，使塑性铰出现在柱上，从而失去竖向承载能力，整 个教学楼倒塌。如图 2 所示为该教学楼中的某剪切破坏的框架 柱，显然因楼梯平台使该框架柱形成短柱，且箍筋不足，在复杂的 地震力作用下，最终使柱受剪破坏。
第 37 卷 第 20 期 2011 年7 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 37 No． 20
Jul． 2011
·41·
文章编号：1009-6825（2011）20-0041-02
从汶川地震看框架结构设计中抗震设防要点
李学进
摘 要：结合汶川地震中框架结构震害的调查结果，分析了框架结构的几个典型破坏实例，结合抗震设计规范对破坏形
3） 节点破坏。经过对震害的分析发现，在框架结构的破坏形 式中，节点的破坏是非常严重的。图 6，图 7 是映秀镇泯江左岸一 未完工的三层框架工程的底层框架节点破坏形式，显然节点箍筋 不足是造成严重破坏的重要原因。另外，框架柱沿纵筋方向混凝 土严重开裂，为粘结破坏特征，图 7 显示施工缝 有 明 显 破 坏 迹 象［1］。
式疏漏的概念进行了探讨，总结经验教训，提出改进建议，为类似工程设计提供更可靠的安全保障。
关键词：地震，结构设计，框架结构
中图分类号：TU375． 4
文献标识码：A
2008 年 5 月 12 日，我国四川省汶川县发生 8． 0 级特大地震， 震中烈度 11 度，当地建筑遭受严重破坏并造成巨大的人员伤亡 和财产损失。震后，大量的科研工作者及一线设计人员多次深入 地震灾区，开 展 震 害 调 查 及 震 后 修 复 工 作。并 结 合 地 震 灾 害 情 况，对我国现行的 建 筑 抗 震 设 计 规 范 进 行 了 完 善 ，为 日 后 的 工 程 设计提供更可靠的安全保障。
范 6． 2． 9 条给出。剪压比的控制，可以使箍筋的数量不至于太
筑结构学报，2008，29（ 4） ： 10-19．
多，同时，可以有效 地 防 止 斜 裂 缝 的 出 现，减 轻 混 凝 土 破 裂 程 度。
Seismic-resistance requirements in frame
structure design with Wenchuan earthquake as the case
及震后修复建议［J］． 自然灾害学报，2010，8（ 4） ： 114-123．
1 ） 梁、柱 剪 跨 比 限 制。GB 50011-2010 建 筑 抗 震 设 计 规 范 ［2］ GB 50011-2001，建筑抗震设计规范（ 2008 年版） ［S］．
6． 2． 9 条给出了详细的规定，以保证构件的延性。通常，抗震设计 ［3］ GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］．
4） 良好设计的房屋。震害调查结果显示，即使在强震区，只 要严格按照抗震 设 计 标 准 进 行 设 计，保 证 抗 震 构 造 措 施，确 保 施 工质量的框架结构房屋完全能够满足地震区的抗震设防要求［5］。 图 8 为某破坏较轻的底框结构，底层框架及上部两层砖混结构受 损较轻，充 分 体 现 了 抗 震 设 计 中 概 念 的 重 要 性。 虽 然 本 次 震 害 中，该结构抗震能 力 表 现 较 好，但 我 们 仍 然 不 提 倡 采 用 墙 体 上 下 不对齐的结构。特别是在悬挑梁端采用凸出的墙体，造成上下结 构刚度突变，不利于结构抗震。
为强梁弱柱。
形能力，使梁、柱塑性铰顺序出现完成之前，节点区不过早破坏。
因此，结构设计时，在不影响建筑使用功能的情况下，有必要 3 结语
加大柱子断面 和 配 筋，考 虑 把 一 定 宽 度 楼 板 的 配 筋 作 为 梁 的 配
筋，而适当减小梁的截面尺寸和配筋，归并系数取 1． 0，以减弱梁
而梁柱构件的延性是以其截面塑性铰的转动能力来度量的。“强 程施工质量，确保人民的生命财产安全。
剪弱弯”设计的实质是控制梁柱的破坏形态，使其发生延性较好 参考文献：
的弯曲破坏，避免脆性的剪切破坏。规范中从以下几个方面进行 ［1］ 孙治国，王东升，李宏男，等． 汶川地震钢筋混凝土框架震害
了规定，实现控制构件的破坏形态：
1） 通过汶川地震的震害分析表明，我国建筑工程界秉承的
“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标是安全可靠的。 的刚度，对于结构复杂的关键部位可进行适当放大。文献［3］中
只要严格按照抗震设防目标设计、施工的房屋是能够经得起大震 6． 2． 2 条也对框架结构的柱端弯矩增大系数 ηc 进行了调整，以确 考验的。新的抗震规范更注重了从概念上提高结构构件的安全 保强柱弱梁的实 现。同 时，在 结 构 设 计 时 应 尽 量 避 免 出 现 短 柱，
收稿日期：2011-03-10 作者简介：李学进（ 1979- ） ，男，硕士，工程师，大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116011
·42·
第 37 卷 第 20 期 2011 年7 月
山西建筑
2 混凝土框架结构设计要点的体现
实质上也是对构件最小截面尺寸的要求。3） 柱轴压比限制及体
力所对应的弯矩值之和，根据实配钢筋面积（ 计入梁受压筋和相 架梁柱节点处的箍筋是防止节点破坏的一道防线，在文献［3］中
关楼板钢筋） 和材料强度标准值确定。
6． 2． 14 条已经明确提出： 一级、二级、三级框架的节点核心区应进
而实际设计中对于抗震等级为二级、三级的构件，柱的配筋 行抗震验算。相比较早版本的规范，将三级框架的节点核心区并 通常为构造配筋，而节点处梁的上皮钢筋受拉，配筋往往较大，设 入抗震验算的范畴。汶川地震中，许多框架的节点区箍筋明显配
或多发生，底层柱 柱 根 的 塑 性 铰 较 晚 形 成，各 层 柱 子 的 屈 服 顺 序
4） 抗震设防目标的实现不应仅仅局限于设计人员，同时也应
应错开，不要集中在某一层。
加强对施工技术人员及管理人员的抗震概念宣教，严格执行相关
要使结构具有延性，必须保证框架梁柱构件有足够的延性， 设计要求、现行施工规范，杜绝偷工减料等恶性事件发生，提高工
计中经常将梁支座负筋采用归并系数进行归并放大，通常不采用 实配钢筋所对应的弯矩值来复核式 6． 2． 1 是否满足，设计可能形 成的是“强梁弱柱”。本次的震害研究也表明，实际破坏形式也多
置不足，有些间距竟然近 250 mm，甚至不配置箍筋，施工质量较差。 由于节点区的受力情况比较复杂，在结构设计时只有保证各
Mc = 1． 2 Mbua ［3］。其中， Mbua 为节点
6． 3． 7 条分别对梁、柱的主筋配筋率要求进行了规定，对柱的主筋 配筋要求加强，也体现了“强柱”的思想。
2． 3 强节点、强锚固
结构中的节点域受力复杂，容易发生破坏。节点的可靠与否
左右梁端截面逆时针或顺时针方向实配的正截面抗震受弯承载 是关系梁、柱能否可靠工作的前提，必须做到强节点、强锚固。框
从本次震害的整体情况来看，经过抗震设防，特别是在 1990 年 后设计建造的建筑整体表现良好，即使在极震区实际烈度高出抗 震设防烈度 3 度 ～ 4 度（ 地震动强度超出预计的 10 倍） 的情况下， 仍有较多建筑虽受到中等至严重破坏，但未倒塌，达到了“小震不 坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标［4］。
储备。设计人员应充分理解并坚决执行规范要求。 若实难避免，应对形成的短柱进行加强措施，提高柱的延性，避免
柱的脆性破坏。
2） 结构本身应具备多道防线，应与建筑专业充分沟通，尽量
2． 2 强剪弱弯
采用规则平立面，减少震害。 3） 重视节点核心区。抗震规范 2010 版对三级框架节点核心
结构设计所期望的破坏机制应是梁比柱的塑性屈服早发生 区配箍特征值做了明确规定，设计人员应引起重视。
∑Mb 。要实现以上不等式，在实际中很难控制，也很难精确计 破坏。5） 纵筋配筋率。GB 50011-2010 建筑抗数来调整： Mc = ηc Mb ［3］。同
时要求一级的框架结构和 9 度的一级框架可不符合上式要求，但
∑ ∑ ∑ 应符合下式要求：
综上几例框架的典型破坏分析，充分表明框架结构设计中概 念的重要性，特别 是 一 些 基 本 的 概 念 应 该 清 楚，做 到 重 点 部 位 重 点加强，将钢筋用在关键部位，切实遵循以下设计原则。
2． 1 强柱弱梁
强柱弱梁即要求柱端截面的屈服弯矩大于梁端截面的屈服
∑ 弯矩，使 塑 性 铰 尽 可 能 出 现 在 梁 的 端 部。即 满 足： Mc ＞
2） 梁的破坏。梁是结构水平承力构件，板上的荷载通过梁传 递给柱，一旦梁破坏，楼板将遭到破坏而退出工作。图 3 是位于 映秀镇泯江右岸 的 某 六 层 框 架 结 构，在 地 震 中 遭 到 严 重 破 坏，未 发生倒塌。图 4 显示其中一根梁的剪切破坏形态，图 5 显示楼梯 间平台梁发生了严重的剪切破坏。调查发现，地震对楼梯间的破 坏相对较重。楼梯 间 作 为 地 震 疏 散 的 通 道，一 旦 发 生 破 坏，人 员 疏散几乎不能实 现。楼 梯 间 在 地 震 时，受 力 比 较 复 杂，作 为 设 计 人员，必须清楚楼 梯 间 在 地 震 中 的 重 要 性，适 当 加 强 楼 梯 间 的 构
积配箍率。GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 6． 3． 6 条对 08 版规 范中轴压比限值进行了调整，普遍降低 0． 05，以提高柱的延性。 体积配箍率也进行了调整，不再扣除重叠部分的箍筋体积。4） 箍 筋。GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 6． 3． 3，6． 3． 7 条分别对梁、 柱的箍筋要求进行了规定。震害分析表明，在塑性铰区配置足够 箍筋的构件，在地 震 中 能 满 足 承 载 力 要 求，而 配 置 箍 筋 较 少 或 不 配置箍筋的构件，往往发生严重的破坏，如图 6，图 7 所示的节点
如图 1 所示为映秀镇漩口中学教学楼倒塌后的情形［1］，框架 底层柱端已经形 成 弯 曲 塑 性 铰，不 能 实 现 强 柱 弱 梁 的 要 求，反 而 形成强梁弱柱，使塑性铰出现在柱上，从而失去竖向承载能力，整 个教学楼倒塌。如图 2 所示为该教学楼中的某剪切破坏的框架 柱，显然因楼梯平台使该框架柱形成短柱，且箍筋不足，在复杂的 地震力作用下，最终使柱受剪破坏。
第 37 卷 第 20 期 2011 年7 月
山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 37 No． 20
Jul． 2011
·41·
文章编号：1009-6825（2011）20-0041-02
从汶川地震看框架结构设计中抗震设防要点
李学进
摘 要：结合汶川地震中框架结构震害的调查结果，分析了框架结构的几个典型破坏实例，结合抗震设计规范对破坏形
3） 节点破坏。经过对震害的分析发现，在框架结构的破坏形 式中，节点的破坏是非常严重的。图 6，图 7 是映秀镇泯江左岸一 未完工的三层框架工程的底层框架节点破坏形式，显然节点箍筋 不足是造成严重破坏的重要原因。另外，框架柱沿纵筋方向混凝 土严重开裂，为粘结破坏特征，图 7 显示施工缝 有 明 显 破 坏 迹 象［1］。
式疏漏的概念进行了探讨，总结经验教训，提出改进建议，为类似工程设计提供更可靠的安全保障。
关键词：地震，结构设计，框架结构
中图分类号：TU375． 4
文献标识码：A
2008 年 5 月 12 日，我国四川省汶川县发生 8． 0 级特大地震， 震中烈度 11 度，当地建筑遭受严重破坏并造成巨大的人员伤亡 和财产损失。震后，大量的科研工作者及一线设计人员多次深入 地震灾区，开 展 震 害 调 查 及 震 后 修 复 工 作。并 结 合 地 震 灾 害 情 况，对我国现行的 建 筑 抗 震 设 计 规 范 进 行 了 完 善 ，为 日 后 的 工 程 设计提供更可靠的安全保障。
范 6． 2． 9 条给出。剪压比的控制，可以使箍筋的数量不至于太
筑结构学报，2008，29（ 4） ： 10-19．
多，同时，可以有效 地 防 止 斜 裂 缝 的 出 现，减 轻 混 凝 土 破 裂 程 度。
Seismic-resistance requirements in frame
structure design with Wenchuan earthquake as the case
及震后修复建议［J］． 自然灾害学报，2010，8（ 4） ： 114-123．
1 ） 梁、柱 剪 跨 比 限 制。GB 50011-2010 建 筑 抗 震 设 计 规 范 ［2］ GB 50011-2001，建筑抗震设计规范（ 2008 年版） ［S］．
6． 2． 9 条给出了详细的规定，以保证构件的延性。通常，抗震设计 ［3］ GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］．
4） 良好设计的房屋。震害调查结果显示，即使在强震区，只 要严格按照抗震 设 计 标 准 进 行 设 计，保 证 抗 震 构 造 措 施，确 保 施 工质量的框架结构房屋完全能够满足地震区的抗震设防要求［5］。 图 8 为某破坏较轻的底框结构，底层框架及上部两层砖混结构受 损较轻，充 分 体 现 了 抗 震 设 计 中 概 念 的 重 要 性。 虽 然 本 次 震 害 中，该结构抗震能 力 表 现 较 好，但 我 们 仍 然 不 提 倡 采 用 墙 体 上 下 不对齐的结构。特别是在悬挑梁端采用凸出的墙体，造成上下结 构刚度突变，不利于结构抗震。
