板柱結構是一種經(jīng)常被采用的結構體系,它具有不少優(yōu)點,如施工支模及綁扎鋼筋較簡單,結構本身高度較小,可以減少建筑物的層高,從而降低建筑物的造價等等,但由于此種結構在遭受較強地震作用時,其板柱節(jié)點的抗震性能不如有梁的梁柱節(jié)點,此外,地震作用產(chǎn)生的不平衡彎矩要由板柱節(jié)點傳遞,它在柱周邊將產(chǎn)生較大的附加應力,當剪應力很大而又缺乏有效的抗剪措施時,有可能發(fā)生沖切破壞,甚至導致結構的連續(xù)破壞。因此,新的抗震規(guī)范對于板柱-抗震墻結構的適用高度,作了較嚴格的規(guī)定。但是,實際工程中,對于板柱結構還是有大量要求的,本文目的,是想提供一些措施,使板柱結構可以建筑得更高一些,以滿足實際需求震害實例。
由于板柱結構(無抗震墻者)抗震性能較差,北京市建筑設計院1992年出版的《結構專業(yè)技術措施》中規(guī)定,在抗震設防烈度為6度的地區(qū),層數(shù)不能超過四層,房屋總高不能超過16m,7度區(qū)為三層及12m,8度區(qū)為二層及8m。(以上指未設抗震墻的板柱結構)
新的抗震規(guī)范GB50011-2001對于板柱結構作了比較嚴格的規(guī)定,例如,對于適用最大高度,6、7、8度區(qū)分別為40,35,30米;抗震墻應能承擔全部地震作用,板柱部分能額外承擔全部地震作用的20%;沿兩個主軸方向通過柱截面的板底連續(xù)鋼筋,有數(shù)量的要求(抗震規(guī)范6.6.9式)等等。
在抗震現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋適用的最大高度中,有板柱-抗震墻結構,但是沒有不設抗震墻的板柱結構,它的意思是,不推薦采用不設抗震墻的板柱結構。
此外,目前有一種說法:抗震規(guī)范對于各種結構體系的房屋,都有一個“限制高度”,這是一個誤解。的確,包括過去的抗震規(guī)范都提出了“適用的最大高度”,但這并不是“限制高度”,它的意思是,在使用該規(guī)范進行設計,并遵守規(guī)范的計算、構造等一系列要求,各種體系在各設防烈度時,該規(guī)范的適用范圍,是多少高度。例如,在8度區(qū),框架-抗震墻按該規(guī)范設計時,適用到100m高度。如果建筑物高度需要高于100m,就需采取比規(guī)范內(nèi)容更嚴格的措施(包括計算與構造),并經(jīng)過規(guī)定的審查,只要符合要求,是可以超過抗震規(guī)范表6.1.1中的高度的。總之,并無“限高”的說法。如果限制高度,只許建多少米,豈不是限制了科技的進步?
新抗震規(guī)范對于板柱-抗震墻的適用高度,規(guī)定得較低,這對于一般的高層建筑,是遠遠不夠用的。是否可以建得更高一些,可以根據(jù)從震害分析著手:
美國阿拉斯加四季公寓的倒塌,往往被認為是板柱-抗震墻性能不好的一個例證。但從林同炎事務所的分析報告來看,該工程的設計按100%地震力由核心筒來承擔,在承載力方面也是足夠的,只因施工單位在鋼筋接頭上未按規(guī)定施工,才造成嚴重破壞。
阿爾及利亞的倒塌事故,是由于該工程為純板柱結構(樓板為雙向密勒,無梁),層高較高,跨度也較大。此種結構不能抵抗地震是不足為奇的,也不提倡此類結構。
1985年墨西哥地震,板柱結構遭受破壞,主要由于板柱節(jié)點抗沖切能力不足,如果按我國新的抗震規(guī)范的要求去設計,再在沖切方法上作改進,并加強抗震墻的構造,這類破壞是可以避免的。
綜上所述,板柱結構的破壞主要是:
、伲床贾靡欢〝(shù)量的抗震墻,因而地震作用全由板柱框架承受。由于未布置抗震墻,此種結構的節(jié)點剛度又相對較弱,因此側向位移常較大。由于它延性差,抗彎和變形能力很弱,再加上P-⊿效應,在強震時造成嚴重破壞甚至倒塌是很可能的。
、冢逯(jié)點處,樓板抗沖切能力差。在柱子周邊板內(nèi),未設置抗沖切的鋼筋,或設置得不恰當,節(jié)點處不平衡彎矩對樓板造成的附加剪應力未適當考慮,柱周邊板的厚度不夠,使抗剪箍筋不易充分發(fā)揮作用,或柱子縱筋在節(jié)點處滑移。
由于這些原因,在強震時使墻板產(chǎn)生沖切破壞,隨之樓板墜落,造成巨大損失。