中小学框架结构教学楼抗震设计

中小学框架结构教学楼的抗震设计

摘要：本文针对中小学框架结构教学楼主要震害特征，分析震害发生的原因。设计中应注意的问题及采取的相关措施。 关键字：中小学框架结构教学楼; 震害特征;少量抗震墙的框架结构；强梁弱柱。

2008年5月12日14时28分，四川汶川、北川，8级强震猝然袭来，四川省近7000座学校建筑坍塌，导致学生伤亡2万余人，与四川省毗邻的汉中市倒塌校舍1400间。地震引起的中小学教学楼倒塌和人员伤亡引起社会各界的广泛关注，如何避免中小学建筑的倒塌减少人员伤亡，成为迫在眉睫的一项任务。

中小学教学楼由于使用上的要求，大开间，大窗，还有相当部分走廊采用悬挑等违背建筑抗震概念设计的结构形式。针对这类建筑，本文主要介绍钢筋混凝土框架结构教学楼的震害特点及相应对策。

1.悬挑走廊的单跨框架和设置走廊柱的两跨框架破坏 1999年台湾集集7.6级地震中两栋教学楼采用不同的走廊形式就出现了不同的结果，形成鲜明的对比：距离集集镇较近的台湾南投市高级中学教学楼走廊采用廊柱，未出现倒塌，经修复后仍可投入使用；而距离集集镇较远的嘉义县民雄乡高级农工职业学校实习教室采用悬挑走廊，底层柱顶端出现塑性铰，致使底层局部被压溃，造成无法修复的后果。

从这两栋楼的对比可以看出，走廊采用廊柱改善了单跨框架的

受力性能，增加了冗余度，耗能能力得到了提高从而提高了抗震能力。

现行抗震规范明确规定甲乙类建筑及高度大于24米的丙类建筑不应采用单跨框架结构。是由于单跨框架结构由于冗余度较少，耗能能力弱，更容易形成连续倒塌机制，从而引起结构整体倒塌。 汶川地震中都江堰漩口中学的五层框架结构教学楼采用廊柱的两跨框架结构也出现了整体倾覆倒塌。由于教学楼跨度较大，层高较高，结构侧向刚度较小，在强震的反复作用下，结构侧向位移过大，造成部分框架柱失稳破坏。

如果沿横向利用楼梯间和教室隔墙根据烈度大小增设适当部分的混凝土抗震墙，纵向利用窗间墙和廊柱增设混凝土翼缘，则避免了抗侧刚度过小，地震时位移过大，从而大幅提高抗震性能。这样也符合尽可能设置多道防线的概念设计。

必须注意对于设置少量抗震墙的框架结构仍属于框架结构概念，抗震墙可以增大侧向刚度，地震时层间位移角容易满足规定的限值。抗震墙应设计成高宽比大，延性好的抗震墙，如在较长的墙内设置竖缝等措施。但层间位移角限值需按照首层框架部分承担倾覆力矩的大小，在框剪结构和框架结构二者的层间位移角限值之间偏于安全的内插取值。

建模计算时需注意设置少量混凝土抗震墙的框架结构，框架部分的地震剪力设计值采用不计算抗震墙的框架结构模型和框架--抗震墙的结构模型两者计算结果的较大值。由于混凝土剪力墙抗侧

力刚度大，作为第一道抵抗侧力的防线，地震时一旦少量的剪力墙地震时退出工作引起内力重分布，框架部分仍能满足框架结构的抗剪承载力。

2 “强梁弱柱”破坏

抗震结构体系宜具有尽可能多内部和外部的冗余度，有意识的建立一系列比较容易修复的塑性铰区域。实验和震害经验都证明框架结构的抗地震倒塌能力和破坏机制密切相关。强柱弱梁的概念就是指地震时框架梁端形成塑性铰，吸收和耗散大量的地震能量并实现内力重分布，极限层间位移大，抗震性能较好，而柱端屈服型很容易形成倒塌机制。

然而地震中框架结构相当部分的破坏在首层柱端出现塑性铰，并且框架梁和框架柱产生了大量的斜裂缝，而不是受弯开裂。我们期望的强梁弱柱，强剪弱弯并没有实现。在这次汶川地震中几乎没有见到框架结构出现梁铰机制，很多现浇框架结构仍然出现了柱端破坏的震害，甚至有节点区破坏的情况。

为了提高柱的抗震承载能力，现行抗震规范比上版抗震规范（gb50010-2001）提高了柱端弯矩增大系数。

然而，由于地震的复杂性，楼板的影响和钢筋屈服强度的超强，很难通过精确的承载力计算实现强柱弱梁。故而抗震规范仅规定对9度及一级框架结构需要考虑框架梁的实际受弯承载力；其他情况通过弯矩增大系数来近似考虑一定的超配钢筋和钢筋超强。 新抗震规范降低了框架结构柱轴压比限值0.05。而控制框架柱