關(guān)于板柱結(jié)構(gòu)的適用高度
1．綜述
板柱結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)常被采用的結(jié)構(gòu)體系，它具有不少優(yōu)點，如施工支模及綁扎鋼筋較簡單，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)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(dǎo)致結(jié)構(gòu)的連續(xù)破壞。因此，新的抗震規(guī)范對于板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)的適用高度，作了較嚴(yán)格的規(guī)定。但是，實際工程中，對于板柱結(jié)構(gòu)還是有大量要求的，本文目的，是想提供一些措施，使板柱結(jié)構(gòu)可以建筑得更高一些，以滿足實際需求。
震害實例（略）
由于板柱結(jié)構(gòu)（無抗震墻者）抗震性能較差，北京市建筑設(shè)計院1992年出版的《結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》中規(guī)定，在抗震設(shè)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(shè)抗震墻的板柱結(jié)構(gòu)）
新的抗震規(guī)范GB50011-2001對于板柱結(jié)構(gòu)作了比較嚴(yán)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(yīng)能承擔(dān)全部地震作用，板柱部分能額外承擔(dān)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。
在抗震規(guī)范表6.1.1，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(jié)構(gòu)，但是沒有不設(shè)抗震墻的板柱結(jié)構(gòu)，它的意思是，不推薦采用不設(shè)抗震墻的板柱結(jié)構(gòu)。
此外，目前有一種說法：抗震規(guī)范對于各種結(jié)構(gòu)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(shè)計，并遵守規(guī)范的計算、構(gòu)造等一系列要求，各種體系在各設(shè)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(shè)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(yán)格的措施（包括計算與構(gòu)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�？傊o“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(yuǎn)遠(yuǎn)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(rèn)為是板柱-抗震墻性能不好的一個例證。但從林同炎事務(wù)所的分析報告來看，該工程的設(shè)計按100%地震力由核心筒來承擔(dān)，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(yán)重破壞。
阿爾及利亞的倒塌事故，是由于該工程為純板柱結(jié)構(gòu)（樓板為雙向密勒，無梁），層高較高，跨度也較大。此種結(jié)構(gòu)不能抵抗地震是不足為奇的，也不提倡此類結(jié)構(gòu)。
1985年墨西哥地震，板柱結(jié)構(gòu)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(shè)計，再在沖切方法上作改進，并加強抗震墻的構(gòu)造，這類破壞是可以避免的。
綜上所述，板柱結(jié)構(gòu)的破壞主要是：
①．未布置一定數(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(jié)構(gòu)的節(jié)點剛度又相對較弱，因此側(cè)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(yīng)，在強震時造成嚴(yán)重破壞甚至倒塌是很可能的。
②．板柱節(jié)點處，樓板抗沖切能力差。在柱子周邊板內(nèi)，未設(shè)置抗沖切的鋼筋，或設(shè)置得不恰當(dāng)，節(jié)點處不平衡彎矩對樓板造成的附加剪應(yīng)力未適當(dāng)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。
明白了板柱的破壞原因，采取相應(yīng)有效的措施之后，板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震性能，將能有很大的提高，其設(shè)計強度也將提高。順便指出，抗震規(guī)范6.1.1條文編制說明內(nèi)，“框架-核心筒結(jié)構(gòu)中，帶有一部分僅承受豎向荷載的無梁樓板時，不作為板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)”，此種結(jié)構(gòu)可按框架-核心筒考慮，但應(yīng)考慮本文“設(shè)計建議”中的各條要求。
2．板柱-抗震墻的設(shè)計建議
2．1結(jié)構(gòu)布置
2．1．1應(yīng)布置足夠數(shù)量的抗震墻（包括核心筒），墻的位置宜避免偏心。
2．1．2在房屋周邊，應(yīng)布置邊梁，以形成周邊框架。如在周邊布置確有困難，則應(yīng)在其他部位布置一定數(shù)量的框架梁，使結(jié)構(gòu)形成板柱-框架-抗震墻的綜合體系。此種布置，不屬于抗震規(guī)范中的板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)。
2．1．3抗震墻的厚度不應(yīng)小于180mm，且不應(yīng)小于層高的1/20，底部加強部位的抗震墻厚度不應(yīng)小于200mm，且不應(yīng)小于層高的1/16（可取層高及無支長度二者中較小值計算）。
2．1．4單片抗震墻的兩端應(yīng)設(shè)置端柱，樓層處應(yīng)設(shè)置暗梁。筒體墻的端部應(yīng)設(shè)置端柱或暗柱，樓層處應(yīng)設(shè)置暗梁。
2．1．5抗震等級的選用：可比抗震規(guī)范表6.1.1中之“板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)”一欄所規(guī)定者，提高一級，但原為一級者，不必提高（房屋高度不超過抗震規(guī)范中的規(guī)定時，抗震等級不必提高）。
2．2設(shè)計計算
2．2．1抗震墻（核心筒）應(yīng)承擔(dān)結(jié)構(gòu)的全部地震作用，各層梁柱框架應(yīng)能承擔(dān)不少于各層全部地震作用的20%，也即，墻與框架承擔(dān)的地震作用總和為120%的全部地震作用。板柱框架不考慮承受地震作用，但仍應(yīng)按抗震構(gòu)造。
2．2．2當(dāng)房屋高度超過抗震規(guī)范表6.1.1之規(guī)定值時，其樓層的最大彈性層間位移角限值[æe],應(yīng)取為1/1000。
2．2．3樓板在柱周邊臨界截面的沖切應(yīng)力，宜控制在較低水平，一般不宜超過允許值0.7ft的75%。
2．2．4當(dāng)?shù)卣鹱饔媚軐?dǎo)致柱上板帶的支座彎矩反號時，應(yīng)驗算圖中虛線截面的沖切承載力。
2．2．5板柱結(jié)構(gòu)在地震作用下按等代框架分析時，其等代梁的寬度采用：
①．框架方向跨度的3/4以及
②.垂直于等代框架方向柱距的1/2
兩者中的小值。
2．2．6沿兩個主軸方向通過柱截面的板底連續(xù)鋼筋的總截面面積，應(yīng)符合下式要求：
AS≥NG/fy
式中，AS——板底連續(xù)鋼筋總截面面積�？砂疵糠较�1/2AS配置，此鋼筋應(yīng)位于柱截面范圍內(nèi)。
NG——各層樓板傳到柱子的軸壓力，取設(shè)計值
fy——該連續(xù)鋼筋的抗拉強度設(shè)計值。
2．2．7應(yīng)考慮由于板柱節(jié)點處的不平衡彎矩引起的附加剪應(yīng)力。
2．3構(gòu)造
2．3．1 8度時宜采用有托板的板柱節(jié)點，托板根部的厚度（包括板厚）不宜小于柱縱筋直徑的16倍。托板的邊長不宜小于4倍板厚及截面相映邊長之和。7度時也宜盡可能設(shè)置托板。
2．3．2 宜在柱上板帶中設(shè)置暗梁。暗梁寬度可取柱寬及柱兩側(cè)各1.5倍板厚。暗梁支座上部鋼筋面積應(yīng)不小于柱上板帶鋼筋面積的50%（此鋼筋可作為柱上板帶負(fù)彎矩鋼筋的一部分），暗梁下部鋼筋不宜少于上部鋼筋的1/2。
暗梁箍筋的配置：當(dāng)計算不需要時，箍筋直徑不小于8mm，間距≤3/4h0,肢距≤2h0；當(dāng)計算需要時，箍筋直徑按計算確定，但不小于10mm，間距≤0.5h0, 肢距≤1.5h0. h0為板截面有效高度（不包括托板厚度）
2．3．3柱上板帶支座處暗梁的上部鋼筋，至少1/4應(yīng)在跨度方向通長。
2．3．4盡可能采用高效能的“抗剪栓釘”，以提高板柱結(jié)構(gòu)的抗沖切性能。
3．結(jié)論
當(dāng)設(shè)計及構(gòu)造采取上述全部建議后，作者認(rèn)為，此類結(jié)構(gòu)的適用高度，可按抗震規(guī)范表6.1.1中框架-抗震墻結(jié)構(gòu)取用。
