底部框架—抗震墙房屋论文（精选7篇）
底部框架—抗震墙房屋论文 篇1
0 引言
底部框架—抗震墙房屋, 即通常所说的底框结构, 是指底层或底部两层为钢筋混凝土框架—抗震墙结构, 上部几层为砌体 (砖或小砌块) 承重的多层房屋。底框结构下部由于使用功能要求, 往往要求大空间, 而上部为较小开间的住房或办公用房, 因而在结构处理上, 底部做成钢筋混凝土框架和剪力墙, 上部为设有构造柱的砖墙, 形成规范所说的底部框架—抗震墙房屋。
1 底框结构的震害分析及抗震体系要求
历次地震如1976年我国的唐山地震, 1989年澜沧耿马地震, 1995年日本神户地震及2008年我国的汶川地震等都有底框结构房屋底层破坏和倒塌的实例。这是由于上部各层砖砌体结构纵、横墙密, 抗侧移刚度大, 而底层框架—抗震墙结构抗侧移刚度相对减小, 形成“下柔上刚”的结构体系。这种刚度变化使房屋的侧移集中发生于相对薄弱的底层, 过量的侧移引起底层严重破坏。
底框结构抗震体系对于房屋的抗震能力是至关重要的。房屋结构应有明确的计算简图和合理的传力途径;应具有一定的承载能力、变形能力和耗能能力;不应具有特别薄弱的楼层或部位等。
2 底框抗震墙的设置
对于底框抗震墙设置, 应按照GB 50011-2008建筑抗震设计规范第7.1.8条规定执行:房屋的底部, 应沿纵、横两方向设置一定数量的抗震墙, 并应均匀对称布置或基本均匀对称布置。6度, 7度且总层数不超过5层的底层框架—抗震墙房屋, 应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙, 但应计入砌体墙对框架的附加轴力和附加剪力;其余情况应采用钢筋混凝土抗震墙[1]。
底部抗震墙的布置不能仅着眼于底层的对称和均匀, 还需考虑上面几层的质心位置, 使底层纵向和横向的刚心尽可能与整栋房屋的质心相重合[2]。底层设置一定数量的钢筋混凝土墙, 以增强底层的侧移刚度并提高其承载能力。底层框架抗震墙房屋是由两种承重和抗侧力体系构成的, 底层具有较好的承载能力、变形和耗能能力。上部砖房部分虽具有一定的承载能力, 但变形和耗能能力较差。因此, 对于底层框架抗震墙房屋的底层抗震墙设置应适当。设置太少, 则底层为薄弱楼层, 造成强烈地震作用下的弹塑性变形集中而破坏严重, 并将危及整个房屋的破坏;设置过多, 则薄弱楼层转移到上部砖房部分中的相对薄弱楼层, 因上部砖房的变形和耗能能力较差而大大削弱房屋的整体抗震能力。
3 上部砖砌体与底部框架梁或抗震墙对齐布置
按照GB 50011-2008建筑抗震设计规范第7.1.8条规定:上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐。在实际工程中, 上部砌体结构的承重墙间距很密, 如果完全按照上部墙体与下部框架梁完全对齐, 则下边的柱子将会很多, 严重影响底层使用功能。《建筑抗震设计规范疑难解答》一书中提供了量的标准, 即大部分砌体抗震墙由下部的框架主梁或钢筋混凝土抗震墙支撑, 每单元砌体抗震墙最多有两道可以不落在框架主梁或钢筋混凝土抗震墙上, 而由次梁支托 (二次转换) 。
4 托墙梁设计
从实验室的试验和有限元分析结果看, 墙梁组合的作用十分明显, 但其受力状况也非常复杂。考虑到地震时梁上墙体严重开裂, 若拉结不良则出现平面倒塌, 震害十分严重。底框结构的托墙梁与非抗震设计的墙梁受力状态有所差异[4]。当计算有框架柱落地的托墙梁与上部墙体的组合作用时, 应计入地震时墙体开裂对组合作用的不利影响, 可调整有关的弯矩系数、轴力系数等计算参数。
当托墙梁上部各层墙体不开洞和跨中1/3范围内开一个洞口时, 可采用折减荷载的方法。托墙梁弯矩计算时, 由重力荷载代表值产生的弯矩, 4层以下全部计入组合, 4层以上可有所折减, 取不小于4层的数值计入组合;对托墙梁剪力计算时, 由重力荷载产生的剪力不折减[1]。
5 上下层刚度比控制
《建筑抗震设计规范》规定:底部框架—抗震墙房屋的纵横两个方向, 第二层与底层侧向刚度的比值, 6度, 7度时不应大于2.5, 8度时不应大于2.0, 且均应不小于1.0。底部两层框架—抗震墙房屋的纵、横两个方向底部与底部第二层侧向刚度应接近, 第三层与底部第二层侧向刚度的比值, 6度, 7度时不应大于2.0, 8度时不应大于1.5, 且均应不小于1.0。
由于底部框架—抗震墙房屋顶部刚度很大, 吸收的地震力也很大, 为满足承载力要求, 底部一般要布置较多剪力墙。房屋按上述处理后, 过渡层与下相邻层的刚度比上限一般容易满足, 但下限却很难满足。可采用下列措施使侧向刚度比下限满足规范要求:适当减小底层剪力墙的长度, 剪力墙上设置结构洞口或设置竖缝, 增加底层层高, 减小过渡层层高, 尽可能地减小底层框架柱截面等。
6 过渡层构造措施
底部框架—抗震墙结构是一种由不同材料构成并且竖向承重构件不连续的结构。加强底框上一层砌体结构与底框的连接, 对上部结构水平作用的有效传递将起到很好的作用。
过渡层构造柱的纵向钢筋, 7度时不宜少于4Φ16, 8度时不宜少于6Φ16。一般情况下, 纵向钢筋应锚入下部框架柱内;当纵向钢筋锚固在框架梁内时, 框架梁的相应位置应加强。
过渡层的底板应采用现浇混凝土板, 板厚不应小于120 mm;并应少开洞、开小洞, 当洞口尺寸大于800 mm时, 洞口周边应设置边梁[1]。
7 工程实例
北京市密云区某住宅楼为底部框架—抗震墙房屋。首层为框架—抗震墙商铺, 2层～6层为砖砌体住宅。该住宅楼仅楼梯间四周设置纵横剪力墙, 底层刚度不满足要求, 必须增加剪力墙。经与建筑专业协商, 结合建筑立面效果, 采取在四角设置剪力墙及剪力墙上设置洞口等措施, 使得2层与底层侧向刚度比达到规范要求。该住宅楼2层及3层楼板结构图见图1。
8 结语
建立正确的结构模型, 进行准确受力分析是底框结构设计的关键。在设计中, 应合理布置框架柱及剪力墙、进行刚度比控制、采取加强过渡层构造控制等措施。
在方案设计阶段, 结构专业应与建筑专业协商, 结合建筑专业立面风格及使用功能要求, 确定剪力墙位置, 使剪力墙布置既满足结构受力要求, 又满足建筑使用功能要求。
摘要：针对底框结构设计, 探讨了底框结构的抗震体系要求、底框抗震墙的设置、过渡层构造及上下层刚度比控制等问题, 指出建立正确的结构模型, 进行准确受力分析是底框结构设计的关键, 以积累底部框架—抗震墙房屋的设计经验。
关键词：底框结构,抗震墙,托墙梁,过渡层,刚度比
参考文献
[1]GB 50019-2003, 建筑抗震设计规范[S].
[2]龚思礼.建筑抗震设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
[3]王晓峰.框架—剪力墙结构优化设计[J].山西建筑, 2007, 33 (4) :87-88.
[4]王亚勇, 戴国莹.建筑抗震设计规范疑问解答[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007.
底部框架抗震墙房屋结构设计研究 篇2
关键词：底部框架,抗震,房屋,结构,设计,混凝土
随着社会经济的发展, 人们越来越关注建筑物在商业方面的性能, 对于街道旁边商业用房上部的住宅而言, 其底部框架的抗震墙的结构抗震设计工程是非常关键的, 由于这种结构相较于多层钢筋混凝土框架的房屋设计而言, 有着造价相对较低且施工比较方便等优势, 所以我国城镇地区的建设广泛采用这种建筑形式。
1 抗震墙砖砌房屋底部框架的结构特点
(1) 为了确保房屋底部能够较大的承受变形, 所以底部一般会采用不同于上部的具有“延性”特点的钢筋混凝土材料, 而上部所用的砌体材料是由砂浆和砖块结合砌筑而成, 这样的砌体材料虽然有较好的抗压性能, 但是它也有着较差的受剪抗拉性, 是一种具有“脆性”特点的材料。
(2) 底部的结构形式是不同于上部框剪体系, 它是由框架和数量一定的抗震墙所组成的, 而上层所用的砖砌抗震墙体系的开间则相对较小。由于上层有着较小的抗震墙开间, 且其数量较多, 所以弥补了上部砌体与钢筋混凝土相比较弹性模量在材料方面小很多的不足, 导致在竖直方向向上会有较大的刚度, 而下部的刚度则较小。大量的震害结论显示, 房屋破坏大部分都是由底层开始的, 较严重危害的是底部的框架结构, 由此可知, 底部是在水平地震力的作用下成为薄弱层的“变形集中层”。
2 对结构抗震设计方面的要求
上刚下柔和上重下轻是抗震墙砖房底部框架的典型特点, 上下墙体的相对位置和上下层的层间侧移刚度比等都是直接影响着房屋的受震害程度及平面布置的重要因素。
(1) 要遵循的原则是“强柱弱梁”。
为了保证在强烈的地震作用下其框架结构的梁端先出现塑性铰, 再在柱端出现, 因此, “强柱弱梁”和“强节点弱构件”是底部框架抗震墙砖房设计所必须遵循的基本原则。房屋会随着塑性铰先出现在框架的任一柱端而引起同层的其他柱端接连出现塑性铰而倒塌。但是很难实现在计算截面抗弯强度的基础上满足“强柱弱梁”的要求, 这是因为底层框架在竖向上要承担的荷载会引起较大的弯曲和较大的截面, 因此就将设计“强柱弱梁”的原则尽量在构造上实现, 尤其是在箍筋的配置上。
(2) 结构立面要确保均匀性和连续性。
“上重下轻”是底部框架抗震墙砖房在结构方面的典型特点。在依据《建筑抗震设计规范》的前提下, 要确保底部结构的层高不会超过4.5m, 还要严格控制房屋的层数和总高度, 这样才能够尽可能的将结构重心降低。墙体在竖向上应确保对称连续, 各层建筑的上部砖房在功能上也要保持一致。对于层高要尽可能的对其降低, 这样才能够避免出屋面楼梯间的水箱间在地震时会由于刚度突变而引起的鞭梢效应发生。建筑设计的竖向强度和均匀性的刚度保障前提做到连续的竖向规则, 尽量减少变形集中和应力集中, 从而避免薄弱层出现在上部砖房。
(3) 均匀性和整体性是结构平面设计所关注的重点。
要尽可能的减少上部砖房的单元形式、并且做到简洁、规则、对称的建筑平面布置。在房屋的尽头端和转角处不能够设置楼梯间, 且墙体的削减不能够在烟道和风道等处。上部砖房的纵横墙布置应均匀对称, 沿平面内要确保对其, 窗间墙的宽度在同一轴线上要均匀, 对于下部的框架抗震墙结构而言, 要使墙体尽可能更多的落于柱网上, 并要求上部砖房布设与柱网相对应。
3 设置防震缝是非常必要的
在大部分的震害中, 体形结构不对称的相较于体形结构均匀对称的更易随着复杂的地震作用而受严重破坏。针对不同类型、不同结构体系、各建筑状态的建筑, 并结合不同程度的地震烈度而区别对待, 从而避免了建筑立面的效果如工程造价增加等会受到不同程度的防震缝的影响。
4 对于圈梁和构造柱的设置
对圈梁的构造柱的设置已成为我国目前在多层混合结构中至关重要且广泛被采用的抗震措施。圈梁不仅能将房屋的整体性增强, 还能够将房屋的抗震性能提升, 同时, 对于墙面裂缝开展的有一定的约束作用, 对于房屋受到地震作用或者是其他各种原因所导致的地基沉降不均匀而引起的破坏都有一定的抵抗能力。设置由钢筋混凝土制成的构造柱能够约束砌体, 从而达到延性和抗剪能力得到提升的目的。如若遭受设计烈度的地震作用, 房屋结构的部分构件也仅仅只会发生非弹性变形, 这样在地震之后稍微修复房屋的局部部位就可以继续使用。所以说, 底层框架砖房结构抗震体系中的二道防线就是圈梁与构造柱所形成的“弱框架”。
结构设计和结构处理随着近几年建筑设计平面布置多样化的出现而变得越发困难, 因此, 要强化结构设计方面的能力, 尤其是底层框架砖房的设计, 从而弥补房屋抗震性能的不足之处。
参考文献
[1]苏小卒.多层砖混结构房屋设计探讨[M].上海:同济大学出版社, 2002, (10) .
[2]唐岱新.普通砖混结构设计技术措施[M].北京:高等教育出版社, 2003, (1) .
底部框架—抗震墙房屋论文 篇3
2008年5月12日汶川地震给灾区人民的生命财产造成极大损害。在这场灾难中, 抗震概念设计应用好的房子轻微破坏, 抗震概念设计应用不当或未应用的房子严重破坏, 甚至倒塌。抗震概念设计应用不当和抗震概念设计未涉及的薄弱环节引起的严重后果, 应引起重视。
底部框架—抗震墙砌体房屋为满足商业使用要求, 主要分布于街道两旁, 底部一层框架或二层框架。底层框架部分多作商店、餐厅或维修服务部等使用, 为划分使用区域, 大部分房屋在横轴线处设置了砖砌填充墙。下文主要介绍茂县3幢底部两层框架—抗震墙砌体房屋的震害情况, 总结该类房屋的震害规律, 在此基础上分析震害原因。
2 工程概况与震害
2.1 茂县1号房屋
1号房屋为1幢五层综合楼, 建于1988年, 为底部两层框架—抗震墙砌体房屋, 采用预制混凝土楼、屋盖。一、二层为办公场所, 在多数横轴线处设置有砖砌体填充墙, 上部三层为住宅。
在汶川地震中, 该楼底框部分个别框架柱明显弯曲, 大多数填充墙体表面及其与框架梁、柱连接处严重开裂, 墙体形成严重的交叉斜裂缝、斜裂缝或水平裂缝。三层即过渡层, 大多数墙体出现严重的交叉斜裂缝、斜裂缝或水平裂缝, 裂缝处部分墙体错动、砖块酥碎, 最大缝宽为25 mm (见图1, 图2) , 多数纵横墙交接处竖向裂缝, 四、五层部分纵墙有明显水平裂缝、斜裂缝。出屋面楼梯间墙体出现明显水平及斜向裂缝, 部分预制板拼接缝加宽、变形。该楼过渡层即三层的震害最严重, 根据《地震灾后建筑鉴定与加固技术指南》评价该楼震后为严重破坏级。
2.2 茂县2号房屋
茂县2号房屋为五层综合楼, 建于1986年, 为底部两层框架—抗震墙砌体房屋, 采用预制混凝土楼、屋盖。一、二层为办公场所, 在多数横轴线处设置有砖填充墙, 上部三层为住宅。
在汶川地震中, 该楼底层框架部分大多数填充墙体表面及其与框架梁、柱连接处严重开裂, 墙体表面形成贯通的交叉斜裂缝、斜裂缝或水平裂缝, 见图3。砌体三层即过渡层大多数墙体出现严重贯通的交叉斜裂缝、斜裂缝或水平裂缝, 裂缝处部分墙体错动、砌块酥碎, 见图4, 多数纵横墙交接处竖向裂缝, 四、五层情况逐渐减轻。部分预制板拼接缝加宽、变形, 楼梯间部分平台板明显开裂, 部分踏步明显开裂, 斜梁与墙体交接处明显开裂, 见图5。该楼过渡层即三层的震害最严重。根据《地震灾后建筑鉴定与加固技术指南》评价该楼震后为严重破坏级。
2.3 茂县3号房屋
茂县3号房屋为八层综合楼, 建成于2001年, , 为为底底部部二二层层框框架砖砌体结构房屋, 采用现浇混凝土楼、屋盖。一、二层为办公场所, 多数横轴线处设置有砖填充墙, 上部六层为住宅。震后情形见图6。
在汶川地震中, 该楼底层框架部分一、二层楼梯间剪力墙出现明显的水平或斜裂缝, 部分填充墙出现明显的斜裂缝。砌体部分过渡层即三层大多数纵横墙及门窗洞口周边出现严重的斜裂缝或交叉裂缝, 裂缝处部分墙体错动、砖块酥碎, 且部分墙体出现明显歪闪, 见图7~图9。四层、五层大多数纵横墙及门窗洞口周边出现明显的斜裂缝或交叉裂缝, 裂缝处墙体错动, 个别墙体出现明显歪闪。六层~八层部分纵横墙出现明显的斜裂缝。房屋个别构造柱出现明显断裂, 钢筋锈蚀, 见图10。该楼震害总体表现为过渡层即三层的震害最严重, 从震后该楼的情形可看出。根据《地震灾后建筑鉴定与加固技术指南》评价该楼为严重破坏级。
2.4 震害总结
茂县底部框架—抗震墙砌体房屋多数与上述3幢房屋类似, 底框部分在多数横轴线处设置有砖填充墙, 此类房屋震害表现较重, 有48%为严重破坏级。该类房屋的主要震害有:1) 与框架相连的砌体楼层 (即过渡层) 的承重墙体出现明显的交叉裂缝和斜裂缝, 部分承重墙砖块酥碎、错位;2) 框架部分的填充墙体承担抗侧作用力, 发生交叉剪切破坏;3) 填充墙与梁、柱连接处因连接措施不得力产生拉开裂缝;4) 部分梁、柱节点出现结构裂缝, 个别建筑的框架柱产生了破坏。
3 结语
文中所述的3幢房屋, 底部框架的抗震墙数量设置过多, 成为“上柔下刚”型底部框架—抗震墙砌体房屋, 由于底层刚度过大使得房屋的薄弱层转移到了上部砌体结构部分, 导致过渡层破坏严重。
根据文献[1]对于“上柔下刚”型底部框架—抗震墙砌体房屋的研究结果表明, 该类型房屋底部框架对过渡层剪力放大作用十分显著。就像柔软物体放在“刚性基础”上一样, 在地震作用下, “刚性基础”几乎岿然不动, 而过渡层刚度小, “基础”不动而上部动, 二者之间产生的相对位移大, 导致过渡层剪力增大。因此, 底部框架—抗震墙砌体房屋底层剪力墙的设置应与上部砌体结构相协调, 剪力墙数量并非布置得越多越好、墙体刚度并非越大越好。
当底部框架—抗震墙砌体房屋不存在特别薄弱的楼层时, 其抗震性能较同样层数的多层砌体房屋要好。该类房屋的抗震能力取决于过渡楼层、3层以上砖房和底部两层框架抗震墙的抗震能力及其相匹配程度, 即要求各楼层侧移刚度应均匀变化、不发生突变, 房屋不存在薄弱楼层。为了提高该类房屋的整体抗震能力, 须经合理设计, 使房屋的薄弱部位出现在变形和耗能能力较好的底部两层。
在汲取了汶川地震震害经验的基础上, GB 50011—2010建筑抗震设计规范对底部框架—抗震墙砌体房屋在一般规定、计算要点、抗震构造措施方面均有加强, 特别是新增了对过渡层墙体构造、底层采用约束小砌块砌体墙及框架柱的规定, 在设计时应严格执行。
参考文献
[1]刘艳辉, 赵世春, 黄德云, 等.底部框架砖房的震害分析及设计建议[A].纪念汶川地震一周年地震工程与减轻地震灾害研讨会论文集[C].2009:415-419.
[2]赵品北.底框—抗震墙结构的抗震性能[D].合肥:合肥工业大学硕士学位论文, 2006.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部建标[2008]132号文件, 地震灾后建筑鉴定与加固技术指南[Z].
底部框架—抗震墙房屋论文 篇4
1 抗震墙平面布置的基本原则
高层建筑应有较好的空间工作性能,为了适应任何方向的地震作用,对于底部抗震墙结构均应在纵横双向均匀布置,应避免单向布置抗震墙并宜使两个方向刚度和动力特性接近。抗震墙在x方向,y方向分布不均匀可能使结构在这一层产生平面柔弱层效应(见图1左图)。该结构由于y方向填充墙的加入,而使得y方向的强度、刚度都大大增加,而y方向的位移则减小很多。这样使得结构在x方向,y方向的动力特性差距很大,与抗震规范要求结构在x方向,y方向动力特性接近的要求背道而驰。结构在x方向的抗震性能必将进一步降低,从而形成平面薄弱层。图1右图在结构的x方向增加了几道填充墙,使得x方向,y方向动力性能接近,从而避免了平面薄弱层的出现。
2 抗震横墙的最大间距限值
抗震墙是结构的主要抗侧力构件,为保证结构的空间刚度和协调变形,规范对抗震横墙最大间距作了明确规定。底框部分抗震横墙最大间距应满足表1的要求。底部框架—抗震墙砌体房屋抗震墙的间距分别为底层或底部两层和上部砌体房屋两部分,上部砌体房屋各层的横墙间距要求应和多层砌体房屋的要求一样;底部框架—抗震墙部分,由于上面几层的地震作用要通过底层或第二层的楼盖传至抗震墙,楼盖产生的水平变形将比一般框架抗震墙房屋分层传送地震作用的楼盖水平变形要大。因此,该结构对抗震横墙最大间距有严格要求。
3 底部框架—抗震墙结构中抗震墙数量控制
底部框架—抗震墙房屋的抗震墙数量由纵横两个方向间刚度比决定。根据《建筑抗震设计规范》,底部框架—抗震墙房屋的纵横两个方向,第二层与底层侧向刚度的比值,6度,7度时不应大于2.5,8度不大于1.5,且均不应小于1.0。底部两层框架—抗震墙房屋的纵横两个方向,底部与底部第二层侧向刚度应接近,第三层与底部第二层侧向刚度的比值,6度,7度时不应大于2.0,8度不大于1.5,且均不应小于1.5。
4 底部抗震墙的构造措施
1)底部框架—抗震墙砌体房屋的底部砌体墙应满足下列构造要求:a.砖抗震墙墙厚不应小于240 mm,砌筑砂浆强度等级不应低于M10,应先砌墙后浇框架。墙长大于5 m时,应在墙内增设钢筋混凝土构造柱。b.沿框架柱每隔500 mm配置26拉结钢筋,并沿砖墙全长设置;在墙体半高处尚应设置与框架柱相连的钢筋混凝土水平系梁。c.墙长大于5 m时,应在墙内增设钢筋混凝土构造柱。
2)底部框架—抗震墙房屋的底部钢筋混凝土抗震墙应满足下列构造要求:a.抗震墙墙板的厚度不宜小于160 mm,且不应小于墙板净高的1/20;抗震墙宜开设洞口形成若干墙段,各墙段的高度比不宜小于2。b.抗震墙的竖向和横向分布钢筋不应小于0.25%,并应采用双排布置;双排分布钢筋间拉筋的间距不应大于600 mm,直径不应小于6 mm。c.抗震墙两端和洞口两侧应设置满足一般部位(非底部加强部位)规定的构造边缘构件。d.底部抗震墙采用钢筋混凝土抗震墙时,其混凝土强度等级不应低于C30。
3)底部框架—抗震墙砌体房屋的底部钢筋混凝土抗震墙建议采取以下措施:对底层钢筋混凝土墙而言,一般为高宽比小于1.0的低矮墙,其破坏状态为剪切破坏。试验结果表明,带边框开竖缝钢筋混凝土墙的变形能力和耗能能力有很大提高,抗震性能明显优于整体钢筋混凝土低矮抗震墙。因此,宜设置为带边框竖缝的钢筋混凝土墙。这种墙水平钢筋在竖缝处断开。
5 底部钢筋混凝土剪力墙墙段的高宽比
底部钢筋混凝土剪力墙墙段高宽比小于2将易产生脆性的剪切破坏,变形性能差。
在实际工程中,其钢筋混凝土抗震墙的高宽比往往小于1,通常称为低矮抗震墙。
高宽比小于1.0的低矮钢筋混凝土墙是以受剪为主,由剪力引起的斜裂缝控制其受力性能,其破坏状态为剪切破坏,它是一种脆性破坏,延性很差。试验结果表明:放入砂浆板和钢筋混凝土板的带边框开竖缝钢筋混凝土墙的抗震性能明显优于整体钢筋混凝土低矮抗震墙,这种开竖缝的抗震墙具有弹性刚度较大,后期刚度较稳定;达到最大荷载后,其承载力没有明显降低,其变形能力和耗能能力有较大提高,达到了改善低矮墙抗震性能的目的。
底部两层框架—抗震墙砌体房屋中底部两层钢筋混凝土墙的高宽比一般已不再是小于1.0的低矮墙。但由于使用功能的要求,在底部两层中往往设置为较大的柱网,致使有些钢筋混凝土墙的宽度为6.0 m～7.2 m左右,使得这类钢筋混凝土墙的高宽比小于1.5。
试验表明,剪力墙的高宽比越小,承受水平地震力的能力越大,但其变形性能越差。我国抗震规范为了保证底部剪力墙合理的破坏形态(不出现剪切破坏),并具有良好的延性变形性能,抗震墙的高宽比应该不小于2。当高宽比大于2时,可采取在抗震墙上开洞或者采用带边框开竖缝的钢筋混凝土墙的措施来解决。
底部两层框架—抗震墙砌体房屋中的底部两层钢筋混凝土抗震墙,其高宽比一般不再是小于1.0的低矮墙,但为增强其变形和耗能能力,应把它设置为带边框柱的钢筋混凝土墙。边框柱的配筋不宜小于其他榀框架柱的配筋。对于宽度小于1.0的个别情况,可采取开门窗洞口等方式进行分隔,以增强其抗震性能。
6底框部分的抗震墙长度控制
底部抗震墙过长一方面易造成该墙肢受力过于集中,不符合设置多道抗震防线的概念抗震设计要求。另一方面底部抗震墙过长会使剪力墙的延性大大降低,脆性增加,易出现脆性的剪切破坏,不利于墙体本身和整体房屋的抗震。
建议对于高层建筑抗震墙不宜超过8 m,而对于高度矮很多的底框房屋墙更不应过长,墙肢的长度应严格控制在8 m以内。如果墙长超过8 m,应采取一些措施。如把抗震墙分成两部分,用连梁连接,如建筑要求封闭,则在中部洞口处用普通砌体墙后砌。
7结语
本文从抗震墙平面布置的基本原则、抗震横墙的最大间距限值、抗震墙数量控制、底部抗震墙的构造措施、底部钢筋混凝土剪力墙墙段的高宽比、底框部分的抗震墙长度控制6个方面对这种底部框架—抗震墙砌体房屋的底部抗震墙设计进行了探讨,总结和提出了一些有价值的具体设计措施和方法。
参考文献
[1]孙立红.底层框架—抗震墙房屋的墙体设计探讨[J].山西建筑,2007,33(16):87-88.
[2]高小旺,龚思礼.建筑抗震设计规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
谈底部框架抗震墙的特点及设计 篇5
关键词：底部框架,抗震墙,设计
1 前言
底部框架一抗震墙砌体房屋是指底部一层或两层为空间较大的框架抗震墙结构、上部为多层砌体结构的房屋。这种房屋底部的大空间可以满足商场、餐厅、会议室、停车库等使用功能的要求, 而其上部可满足住宅、办公等较小开间使用的要求。这种结构形式具有比全框架结构经济 (在相同使用功能条件下可节约造价20%-30%) , 同时又具有框架结构大空间便于灵活布置的使用特点, 且施工简单、工期短。因此这种结构形式使用的较为普遍, 在经济发展较为滞后的地区尤为适用, 正是有这种广泛的需求, 新规范《建筑抗震设计规范》 (GBS0011-2001) 在底部框架抗震墙这一部分较旧《建筑抗震设计规范》 (GBJll-89) 有了一定的发展, 在房屋总层数、总高度方面较旧《抗规》 (GBJll-89) 有了一定的放宽, 同时又提出了底部两层框架抗震墙砌体结构的设计原则和规定。
2 结构体型的均匀性
在中强地震作用下, 上部砖房对底部产生较大的倾覆力矩, 使设置抗震墙数量少的一侧的框架柱产生较大的附加轴力, 承载和变形能力下降, 导致震害加剧。故底部抗震墙布置应尽可能均匀对称分散分布, 尽量使纵横向抗震墙相连;同时, 纵向抗震墙应在外纵轴线布置开窗洞的抗震墙或短肢剪力墙, 增强横向抗倾覆的能力, 减小倾覆力矩对框架柱产生的附加轴力。另外, 尽可能地减少层数、降低层高以削弱倾覆力矩的影响。抗震设计中, 应尽可能使建筑平面简洁、规则, 结构的刚度中心与质心相一致, 以减小地震作用下结构产生的扭转效应, 对于结构平面布置不规则的房屋应注意偏离结构刚度中心远端的抗震墙或框架柱承载力的验算。
建筑立面应避免头重脚轻, 结构重心尽可能降低。出屋面部分如屋顶的女儿墙、水箱间等, 由于根部与下部结构连接薄弱, 刚度突变, 受鞭梢效应影响严重, 在地震时容易率先破坏倾倒;另外, 其地震作用通过周边的屋面结构传至下部结构, 如屋面结构刚度不足时, 在突出屋面结构的下部一定范围内破坏相对集中。抗震设计要求出屋面建筑部分的高度不应过高, 以减小地震时产生的鞭梢效应。同时, 控制结构竖向强度和刚度的均匀性。在中强地震作用下, 结构进入弹塑性状态, 结构的薄弱楼层将产生变形集中, 其变形值数倍于其它楼层, 薄弱楼层的变形大小决定了结构的破坏状态。在水平地震作用下, 结构楼层的强弱程度可由楼层屈服强度系数的大小来判断。所谓层间屈服强度系数是指楼层实际受剪极限承载力与其弹性反应地震剪力之比, 按下式计算式中, Vu (i) 为第i层楼受剪极限承载力。Ve (i) 为第i层弹性地震剪力, 分别按下式计算
式中, Vcc (i) 、Vcw (i) 分别为底中第i层框架柱和混凝土抗震墙受剪极限承载力;Vbw (i) 为第i层砖砌体受剪极限承载力;γ1、γ2分别为考虑砖砌体和混凝土抗震极限承载力的折减系数, γ1可取0.7, γ2可取0.9β为砖砌体的水平承载力降低系数, 对于过渡层取0.7～0.8, 其余层取1.0;ζN为砖砌体强度的正应力影响系数, fv为非抗震设计的砖砌体抗剪强度设计值, 按《砌体结构设计规范》 (GB50003-2002) 采用;Aj为第i层第j墙段水平截面净面积, 砖砌体中设置构造柱时, 按上面公式计算;Awj为第i层第j墙段扣除洞口及构造柱后的水平截面面积;Acq为1根混凝土构造柱的截面面积;Gc、Gw分别为混凝土和砖砌体的剪切模量;ηq为混凝土构造柱抗剪参与系数, 中柱 (包括边中柱) 取0.4, 边柱取0.3;Fe (k) 为第k层的弹性地震作用标准值;n为结构层数;m为第i层墙段数;γ为构造柱数。
3 底部框架一抗震墙砌体房屋的结构体系
根据底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震性能和这两类房屋的特点, 底部框架一抗震墙砌体房屋结构体系应附和下列要求:
底部框架-抗震墙砌体房屋的底层或底部两层应设置为框架-抗震墙体系。底部框架一抗震墙砌体房屋的底层或底部两层受力比较复杂, 而底部的严重破坏将危及整个房屋的安全, 加上地震倾覆力矩对框架柱产生的附加轴力使得框架柱的变形能力有所降低等因素, 对底部的抗震结构体系的要求应更高一些。
(1) 底部框架-抗震墙砌体房屋的底层或底部两层均应设置为纵、横向的双向框架体系, 避免一个方向为框架、一个方向为连续梁的体系。
(2) 底部框架-抗震墙砌体房屋的底层或底部两层应设置为框架-抗震墙体系, 使得在底部形成抗震的两道防线。为了增强钢筋混凝土抗震墙的变形和耗能能力, 应把钢筋混凝土墙设置为带边框的钢筋混凝土墙。
(3) 底层或底部两层的抗震墙宜沿纵、横两个方向对称布置, 尽量使纵、横抗震墙相连;钢筋混凝土墙宜布置为T形、L形或Ⅱ形。对于底部两层的抗震应贯通第一、二层。
(4) 底层框架一抗震墙砌体房屋的底层钢筋混凝土墙宜设置为带边框开竖缝的钢筋混凝土墙。
过渡楼层的抗震能力应适当加强。底部框架一抗震墙砌体结构房屋的过渡楼层受力较为复杂, 虽然底部抗震墙先开裂, 但是一旦过渡楼层的砖墙开裂后, 其破坏状态要比底部重的多。因此, 应增强过渡楼层的抗剪和抗弯承载能力。新《抗规) (GB50011-2001) 就过渡楼层的楼板、构造柱及砂浆标号提出了最低的要求。
上部砌体房屋的纵、横墙布置。上部砌体房屋的纵、横向布置宜均匀对称, 沿平面宜对齐, 沿竖向应上下连续;同一轴线上的窗间墙宜均匀。内纵墙宜贯通, 对外墙的开洞率应控制, 6度区和7度区不宜大于55%, 8度区不宜大于50%。
4 底部框架结构设计中的常见问题
底部抗震墙数量不够造成上、下侧向刚度比超过规定。
侧向刚度比符合要求, 但上层纵向墙体开间过大, 下部抗震墙几乎没有, 这种上、下纵向刚度都很小, 相对比值却能满足。对于这类房屋, 首先要求上层砌体应满足砌体结构的局部尺寸限值, 再调整底部抗震墙, 使之满足侧向刚度比。
单片抗震墙过长, 有的整个山墙12米多全按抗震墙设计, 形成“刚度集中”。对于高层建筑, 抗震墙不宜超过8米, 而对于高度矮很多底框房屋墙更不应过长。低矮抗震墙破坏特征是“剪切型”, 具破坏起于混凝土剪坏, 属脆性破坏。规范规定底框房屋抗震墙高宽比不宜小于2.0, 较长的抗震墙可设竖缝予以处理。
托墙梁支承于底部抗震墙上, 这是一种严重的设计错误。其错在于:由于托墙梁截面一般都很大, 受力很大, 使得抗震墙承受很大的出平面弯曲作用, 也使得抗震墙局部区段轴压比过大。底框房屋抗震墙一般在200-250之间, 托墙梁纵向钢筋的锚固难以达到规范强制性条文7、5、3条的要求。由于墙很薄, 托墙梁线刚度很大, 形成“强梁弱支座”, 节点易于破坏, 托墙梁配置很多负筋不起作用。对这类问题, 应在托墙梁下设框支柱, 或设垂直的抗震墙以平衡厚墙体出平面的弯曲作用。在一些错误的设计中, 托墙梁下抗震墙连暗柱都没有设置, 这应该引起大家的重视。
当有次梁托墙时, 应注意支承托墙次梁的主框架梁的抗剪、抗扭设计, 此时不能按一般多层框架梁的构造作法, 在支座边1.5倍梁高或1/6跨度范围内加密箍筋。由于托墙次梁传来很大的集中力和扭矩, 有可能使得跨中剪力与支座剪力相差不很大, 对这类情况要注意跨中抗剪强度的验算。注意一下这个问题, 或许可以避免大错误。
参考文献
[1]赫健, 裴武林, 金挺.底部框架抗震墙房屋抗震设计中几个问题的探讨[J].沈阳建筑2003年第1期.
底部框架—抗震墙房屋论文 篇6
关键词：玉树地震,底框-抗震墙结构,规范,抗震没计
底部框架-抗震墙结构(以下简称底框结构)是由底部钢筋混凝土框架-抗震墙和上部砌体结构所组成。这种结构形式在底部可提供较大开间,使用功能灵活,施工周期短,造价相对较低,故广泛应用在城镇临街的建筑中。据统计,底框结构在我国县级城镇临街建筑中占70%以上。该结构是由上下不同材料组成的混合结构,抗侧力构件不连续和不均匀性,使其抗震性能较差,历次地震中[1],震害较为严重。国外地震区,极少采用这种结构体系。但是,作为我国现有经济水平下的一种特有的构形式,尤其随着城镇商业化的发展,底框结构仍具有一定的存在价值。
2010年12月新颁布实施的《建筑抗震设计规范》(GB 50010—2010)[2](以下简规范),将其应用限定在一定范围内。规范规定:除乙类建筑及丙类8度区设计基本加速度0.3g和9度设防区外,仍然可以采用此结构形式。依据“我国主要城镇抗震设防烈度、设计基本加速度和设计分组的划分表”,我国2500个抗震设访城镇中,按规范界定的范围,底框结构可应用的范围大约在60%以上。
我国抗震设防目标规定的“大震不倒”,是保证人民生命安全的基本抗震设防目标。但是,在2010年4月14日7度设防区的青海玉树发生7.1级地震中,底框结构出现了倾斜或倒塌的严重破坏。因此,通过震害反馈,分析此类结构在地震作用下的震害特征,薄弱部位,深入理解新颁布的抗震规范相关规定,对做好底框结构抗震设计,提高其抗震能力,减少工程震害是十分必要的。
1 底框结构的震害特征
玉树4.14地震中,底框结构表现的典型震害之一为:底层倒塌和倾斜,如图1所示。倒塌的主要原因由于竖向刚度分布不均匀,底层刚度和强度不足,抗震墙过少或采用的砌体抗震墙没有约束措施,地震时散落。震害之二为:上部空心砌块砌体抗震措施不完善,形成薄弱层倒塌,如图2所示;震害三为:底层框架柱抗剪承载能力较低,发生剪切破坏,如图3所示。
2 底框结构抗震设计要点
2.1 房屋高度的限制
震害反馈,砌体结构倒塌率与房屋层数几乎成正比。随着房屋高度的增加,结构所受地震作用和倾覆力矩较大,由于底框结构上部砌体的脆性性质,使得震害对房屋高度反映更加敏感。以常见的7度0.10g为例,对大量丙类建筑而言,底框结构最大高度为7层且不超过22 m,对于混凝土空心砌块砌体(如玉树地区),考虑其砂浆粘结面较小,砌块脆性更大,对其高度要求更为严格,为6层且不超过19 m。对于高度的限制,必须严格执行,万不可追求经济指标,而超高超限。
2.2 结构刚度、承载能力的合理匹配
底框结构由于上下两种结构体系的组合,使其刚度和强度在竖向不均匀。控制好上下刚度比,控制好刚度与抗震承载能力的合理匹配,是保证该结构在地震作用,尤其是遭遇高于本地区设防烈度的大震作用下,不至于倒塌的关键所在。
2.2.1 刚度比控制
在7度设防区,规范规定上部砌体结构与下部框架结构的刚度比K2/K1不大于2.5,同时不应小于1.0。此规定,主要包含以下两层含义:一是对这种“上刚下柔”的结构体系,刚度差异不要过大的限制;二是在差异不能过大的基础上,将相对柔弱的楼层控制在位于钢筋混凝土结构楼层中,以期在地震时,通过混凝土结构较好延性性能的发挥来“保护”上部脆性的砌体结构。因此,对结构刚度的正确估计是控制刚度比的关键所在。对结构刚度的计算,抗震规范2001版[3]和2008修订版[4]并未将是否计入砌体结构中构造柱的影响做明确的规定,基本是依靠设计人员个人经验和设计理念来判定。从强度角度而言,一般设置的构造柱,大多情况下不参与结构抗震承载力的计算,而是作为墙体抗震受剪承载力的安全储备。但是,砌体结构由于构造柱和圈梁的约束作用,使结构整体性提高的同时也提高了其刚度。如果不计构造柱对砌体结构刚度的贡献,不利于底框结构刚度比的控制。2010版抗震规范以强制性条文形式(条文7.1.7-3),明确规定上部砌体侧向刚度,需计入构造柱的影响,以便较准确计算砌体的刚度值。
2.2.2 抗震承载能力的调整
抗震设计要做好刚度、延性与承载能力(强度)合理匹配。这一匹配在底框结构中尤其重要。底框结构属于剪切变形,在抗震计算一般可采用“底部剪力法”,剪力的分布呈倒三角形,底部层间剪力最大。为保证底部必要的抗震承载能力,减少其薄弱程度,通过地震作用效应的调整来提高其抗震承载能力,即对底层的地震剪力乘以增大系数。规范7.2.4规定“底框结构底层剪力增大系数允许在1.2～1.5范围内选用,第二层与底层侧向刚度比大者应取大值”。即刚度比越大,底部地震剪力增加越大,实际取值时可按刚度比按线性插值近似确定,以做好刚度和承载能力的匹配,增大后的地震剪力再按底层结构中各构件的抗侧刚度按比例分配。
2.2.3 薄弱层判断和塑性变形验算
我国抗震设防为“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防目标,通过两阶段的设计来实现,即第一阶段的承载能力设计和第二阶段的弹塑性变形验算。对大多数结构,仅进行第一阶段的设计,通过抗震概念设计和抗震的构造措施定性的实现罕遇地震下的塑性变形的设防要求,对于一般均匀规则的建筑结构,这种方法是可行的。实际工程设计时,对于底框结构,设计人员仅按照第一阶段进行设计,较少进行专门变形验算。底框结构体系特殊且不利于抗震,对其进行大震下的变形验算,是防止其在大震下倒塌的关键要素之一。底框结构大震下变形验算的主要目的是判断预期薄弱层是否在底层延性较好的混凝土结构层,同时考虑在大震下“P-Δ”重力二阶效应后,其层间变形是否控制在不倒塌的范围。对薄弱层的判断,常用楼层屈服强度系数ξy(i)的大小来判断:
公式中:Vu(i)—楼层中实际受剪承载能力;Ve(i)—大震作用下楼层的弹性地震剪力。底框结构屈服强度系数实用计算可参见文献[5,6]。对于单纯钢筋混凝土结构和或砌体结构而言,ξy(i)沿高度分布最小的楼层就是薄弱层。底框结构由两种抗侧力构件组成,还要着重判断底层与上部过渡层的相对薄弱程度。文献[7]对底框结构进行了弹塑性时程分析,提出较为简单的判断方法。通过底层框架结构的楼层屈服剪力系数ξy(1)与相邻层的楼层(砌体结构)屈服剪力系数ξy(2)的比值大小来判断:当ξy(1)<0.8ξy(2)时则底层为薄弱层,当ξy(1)>0.9ξy(2)时则第二层为薄弱层,当ξy(1)=(0.8～0.9)ξy(2)时,则上下刚度、承载能力匹配合适且均匀。并对底层为薄弱层时,楼层屈服强度系数与底框结构在地震下的破坏形态进行分析,得出其基本对应规律如表1所示,具有一定的工程参考价值。
判断出结构薄弱层后,可进一步按下述公式验算该层的弹塑性层间位移是够满足规范要求的限值:
式中Δμp为弹塑性层间位移;Δμy,为屈服位移;ηp为弹塑性层间位移增大系数;[θp]为弹塑性层间位移角限值,底框结构取1/100;h为薄弱楼层的高度。
由上述分析可知,当底层屈服强度系数过小,导致底层破坏甚至倒塌,或者过度加大底部的抗震承载能力,使薄弱层由底部转移到相邻的上部砌体楼层,导致上部砌体的倒塌。玉树4.14地震和汶川5.12地震[8]都出现了这两种震害现象。因此,底框结构抗震设计时,对薄弱层的判断应引起设计人员的足够重视,要有目的控制薄弱层部位,使其发生在底部的同时保证楼层屈服强度系数不应过小,是确保底框结构在大震作用下不发生倒塌的较定量的控制手段。
2.3 底部抗震墙的选择与布置
底部抗震墙作为底层抗震第一道防线,承担主要的层间剪力,是主要的抗侧力构件。规范规定的底框抗震墙有两种形式:砌体抗震墙和钢筋混凝土抗震墙。抗震规范2001版中要求“6、7度且总层数不超过5层的底层框架-抗震墙房屋,应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙”,基此,按2001版规范设计的结构,在7度设防区,特别是经济欠发达地区,较多采用砌体抗震墙。玉树震害中的底框结构较多采用的是砌体抗震墙,或者是砌体抗震墙和钢筋混凝土抗震墙混合使用。基于震害反馈,2010版抗震规范缩小了砌体抗震墙的范围,即使采用,也应按约束砌体的要求进行设置。规范7.1.8-2中规定:底层砌体抗震墙应按约束砌体的专门构造要求设置;同一方向不应同时采用钢筋混凝土抗震墙和约束砌体抗震墙,在8度时应采用钢筋混凝土抗震墙,6、7度时应采用钢筋混凝土抗震墙或配筋小砌体抗震墙。
考虑我国城镇底框临街建筑实际情况,多为商铺开间不大,横墙(包括填充墙)相对较多,背街面的纵墙相对较完整外,临街面的纵墙被门、窗洞口削弱过多而不完整。纵横向刚度差别过大,使结构刚度中心和质量中心相差较大,在地震作用下,产生较大的扭转效应,对结构的抗震很不利。因此,在7度及以上设防地区,作为底部主要抗侧力构件的抗震墙,应采用延性性能较好,抗侧刚度较大的钢筋混凝土抗震墙。在抗震墙布置时,本着“对称,均匀,尽量使纵横向抗震墙相连相交”的原则,且以满足刚度比、承载能力匹配的要求确定抗震墙数量。
2.4 底框柱的抗震设计
2010版抗震规范中,新增了底框柱的抗震设计要求(抗规7.5.6)。表2是以较常见的7度区、抗震等级为三级的普通框架-抗震墙结构中的柱与底框-抗震墙结构柱的相关抗震设计参数的对比。
备注:表中配筋率项的对比数据为钢筋强度标准值小于400 MPa的情况。
由表可知,新规范对底框柱的抗震设计采取了加强措施,基本上相当于按抗震等级为二级的框支柱水平来要求。主要考虑在地震作用下,上部刚度较大的砌体结构的倾覆力矩在底框柱中产生较大的附加应力,尤其是附加的轴力,使其轴压比增大,柱子的延性降低,故轴压比控制及总配筋率较严格,同时考虑扭转对底框结构的不利作用,边柱和角柱的总配筋率都作了相应的提高。此外,在施工过程中,砌体填充墙为满足开设洞口的要求,仅填充到框架局部高度,在一定程度上约束了柱下端的变形,使计算高度减小,刚度增大,导致地震作用下的实际承受的地震剪力增大。计算高度的减小,还有可能使其成为短柱,在地震作用下发生没有延性特征的剪切破坏图如4所示。实际工程中可采用轻质板墙或与柱柔性连接钢筋混凝土墙板,不宜采用砌体类填充墙。当采用刚度较大的砌块填充墙时,在抗震设计时应对其可能出现的“短柱”采取预先的加强措施,一般可将箍筋沿柱高加密。综合考虑底框柱受力特点和施工中形成的不利因素,确保“强剪弱弯”抗震措施的实现,对其柱端剪力要适当提高,并加强构造措施。
2.5 过渡层墙体的加强
作为底部框架和上部砖混结构相连的楼层是刚度变化较大的楼层,即过渡层,此部位作为上下刚度突变的结合部位,在地震作用下较容易产生破坏,要适当加强,目的在于保证刚度较均匀的渐变和非脆性的破坏。本次规范新增7.5.2,加强过渡层的构造要求:通过下部框架柱与上部构造或芯柱相连,在砌体中配置水平钢筋,在墙体窗台标高处设置通长的水平分布钢筋的混凝土带等措施,来有效保证过渡层墙体的安全。
3 结论
1)底框结构抗震设计,要深入理解该结构体系在地震作用下的震害现象、受力特点,汲取震害经验,加强对新颁布抗震规范的学习,谨慎设计,切忌超规,超限。
2)正确计算并严格控制上下刚度比和抗震承载能力的匹配,合理设计底框柱,加强过渡层构造措施。对于7度及以上设防区,应采用延性较好的钢筋混凝土抗震墙,并建议进行大震作用下薄弱层的判断。
3)做好拖墙梁的抗震设计,加强上部砌体结构的构造措施。做到“系统”而“细致”的设计、确保施工质量,防止底框结构在地震作用下倒塌失效,以保证人民生命和财产安全。
参考文献
[1] 王亚勇.王言诃.汶川大地震建筑震害启示[J].建筑结构,2008, 38(7) :1-6
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50010-2010． 建筑抗震设计规计[S].北京:中国建筑工业出版社,2010
[3] 中华人民共和国建设部.GB 50010-2001． 建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001
[4] 中华人民共和国建设部.GB 50010-2001． 建筑抗震设计规范[S].(2008年版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008
[5] 高小旺,王菁,王金妹,周培正.底层框架抗震墙砖房抗震能力的分析方法[J].建筑科学,1995,(4) :33-37
[6] 常亚军,张富有,程文瀼,柳炳康.底部框架抗震墙砖房结构选型与抗震设计若干问题[J].建筑结构,2003,33(4) :14-16
[7] 高小旺,王金妹,王菁.典型和重要的多层砌体房屋的震害预测方法[J].建筑结构,1991,21(3) :43-46
底部框架—抗震墙房屋论文 篇7
关键词：底部框架,抗震墙,设计
1 前言
底部框架抗震墙的结构形式具有比全框架结构经济 (在相同使用功能条件下可节约造价20%-30%) ，同时又具有框架结构大空间便于灵活布置的使用特点，且施工简单、工期短。因此这种结构形式使用的较为普遍，在经济发展较为滞后的地区尤为适用，正是有这种广泛的需求，新规范《建筑抗震设计规范》 (GBS0011-2001) 在底部框架抗震墙这一部分较旧《建筑抗震设计规范》 (GBJll-89) 有了一定的发展，在房屋总层数、总高度方面较旧《抗规》 (GBJll-89) 有了一定的放宽，同时又提出了底部两层框架抗震墙砌体结构的设计原则和规定。最近几年此类房屋在吉安地区设计项目中占有很大份额，抗震设计出现的问题较多，本文结合作者的设计经验对抗震墙设计中的主要问题作了详细的分析，提出了一些看法。
2 结构体型的均匀性
在中强地震作用下，上部砖房对底部产生较大的倾覆力矩，使设置抗震墙数量少的一侧的框架柱产生较大的附加轴力，承载和变形能力下降，导致震害加剧。故底部抗震墙布置应尽可能均匀对称分散分布，尽量使纵横向抗震墙相连；同时，纵向抗震墙应在外纵轴线布置开窗洞的抗震墙或短肢剪力墙，增强横向抗倾覆的能力，减小倾覆力矩对框架柱产生的附加轴力。另外，尽可能地减少层数、降低层高以削弱倾覆力矩的影响。抗震设计中，应尽可能使建筑平面简洁、规则，结构的刚度中心与质心相一致，以减小地震作用下结构产生的扭转效应，对于结构平面布置不规则的房屋应注意偏离结构刚度中心远端的抗震墙或框架柱承载力的验算。
建筑立面应避免头重脚轻，结构重心尽可能降低。出屋面部分如屋顶的女儿墙、水箱间等，由于根部与下部结构连接薄弱，刚度突变，受鞭梢效应影响严重，在地震时容易率先破坏倾倒；另外，其地震作用通过周边的屋面结构传至下部结构，如屋面结构刚度不足时，在突出屋面结构的下部一定范围内破坏相对集中。抗震设计要求出屋面建筑部分的高度不应过高，以减小地震时产生的鞭梢效应。同时，控制结构竖向强度和刚度的均匀性。在中强地震作用下，结构进入弹塑性状态，结构的薄弱楼层将产生变形集中，其变形值数倍于其它楼层，薄弱楼层的变形大小决定了结构的破坏状态。在水平地震作用下，结构楼层的强弱程度可由楼层屈服强度系数的大小来判断。所谓层间屈服强度系数是指楼层实际受剪极限承载力与其弹性反应地震剪力之比，按下式计算
式中，Vu (i) 为第i层楼受剪极限承载力。Ve (i) 为第i层弹性地震剪力，分别按下式计算
式中，Vcc (i) 、Vcw (i) 分别为底中第i层框架柱和混凝土抗震墙受剪极限承载力；Vbw (i) 为第i层砖砌体受剪极限承载力；γ1、γ2分别为考虑砖砌体和混凝土抗震极限承载力的折减系数，γ1可取0.7，γ2可取0.9β为砖砌体的水平承载力降低系数，对于过渡层取0.7～0.8，其余层取1.0；ζN为砖砌体强度的正应力影响系数，fv为非抗震设计的砖砌体抗剪强度设计值，按《砌体结构设计规范》 (GB50003-2002) 采用;Aj为第i层第j墙段水平截面净面积，砖砌体中设置构造柱时，按上面公式计算；Awj为第i层第j墙段扣除洞口及构造柱后的水平截面面积;Acq为1根混凝土构造柱的截面面积；Gc、Gw分别为混凝土和砖砌体的剪切模量；ηq为混凝土构造柱抗剪参与系数，中柱 (包括边中柱) 取0.4，边柱取0.3;Fe (k) 为第k层的弹性地震作用标准值；n为结构层数;m为第i层墙段数；γ为构造柱数。
3 底部框架一抗震墙砌体房屋的结构体系
根据底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震性能和这两类房屋的特点，底部框架一抗震墙砌体房屋结构体系应附和下列要求：
底部框架-抗震墙砌体房屋的底层或底部两层应设置为框架-抗震墙体系。底部框架一抗震墙砌体房屋的底层或底部两层受力比较复杂，而底部的严重破坏将危及整个房屋的安全，加上地震倾覆力矩对框架柱产生的附加轴力使得框架柱的变形能力有所降低等因素，对底部的抗震结构体系的要求应更高一些。
(1) 底部框架-抗震墙砌体房屋的底层或底部两层均应设置为纵、横向的双向框架体系，避免一个方向为框架、一个方向为连续梁的体系。 (2) 底部框架-抗震墙砌体房屋的底层或底部两层应设置为框架-抗震墙体系，使得在底部形成抗震的两道防线。为了增强钢筋混凝土抗震墙的变形和耗能能力，应把钢筋混凝土墙设置为带边框的钢筋混凝土墙。 (3) 底层或底部两层的抗震墙宜沿纵、横两个方向对称布置，尽量使纵、横抗震墙相连；钢筋混凝土墙宜布置为T形、L形或Ⅱ形。对于底部两层的抗震应贯通第一、二层。 (4) 底层框架一抗震墙砌体房屋的底层钢筋混凝土墙宜设置为带边框开竖缝的钢筋混凝土墙。
过渡楼层的抗震能力应适当加强。底部框架一抗震墙砌体结构房屋的过渡楼层受力较为复杂，虽然底部抗震墙先开裂，但是一旦过渡楼层的砖墙开裂后，其破坏状态要比底部重的多。因此，应增强过渡楼层的抗剪和抗弯承载能力。新《抗规) (GB50011-2001) 就过渡楼层的楼板、构造柱及砂浆标号提出了最低的要求。
上部砌体房屋的纵、横墙布置。上部砌体房屋的纵、横向布置宜均匀对称，沿平面宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宜均匀。内纵墙宜贯通，对外墙的开洞率应控制，6度区和7度区不宜大于55%，8度区不宜大于50%。
4 底部框架结构设计中的常见问题
4.1 底部抗震墙数量不够造成上、下侧向刚度比超过规定。
4.2 侧向刚度比符合要求，但上层纵向墙体开间过大，下部抗震墙几乎没有，这种上、下纵向刚度都很小，相对比值却能满足。对于这类房屋，首先要求上层砌体应满足砌体结构的局部尺寸限值，再调整底部抗震墙，使之满足侧向刚度比。
4.3 单片抗震墙过长，有的整个山墙12米多全按抗震墙设计，形成"刚度集中"。对于高层建筑，抗震墙不宜超过8米，而对于高度矮很多底框房屋墙更不应过长。低矮抗震墙破坏特征是"剪切型"，具破坏起于混凝土剪坏，属脆性破坏。规范规定底框房屋抗震墙高宽比不宜小于2.0，较长的抗震墙可设竖缝予以处理。
4.4 托墙梁支承于底部抗震墙上，这是一种严重的设计错误。其错在于： (1) 由于托墙梁截面一般都很大，受力很大，使得抗震墙承受很大的出平面弯曲作用，也使得抗震墙局部区段轴压比过大。 (2) 底框房屋抗震墙一般在200-250之间，托墙梁纵向钢筋的锚固难以达到规范强制性条文7、5、3条的要求。 (3) 由于墙很薄，托墙梁线刚度很大，形成"强梁弱支座"，节点易于破坏，托墙梁配置很多负筋不起作用。对这类问题，应在托墙梁下设框支柱，或设垂直的抗震墙以平衡厚墙体出平面的弯曲作用。在一些错误的设计中，托墙梁下抗震墙连暗柱都没有设置，这应该引起大家的重视。
4.5 当有次梁托墙时，应注意支承托墙次梁的主框架梁的抗剪、抗扭设计，此时不能按一般多层框架梁的构造作法，在支座边1.5倍梁高或1/6跨度范围内加密箍筋。由于托墙次梁传来很大的集中力和扭矩，有可能使得跨中剪力与支座剪力相差不很大，对这类情况要注意跨中抗剪强度的验算。注意一下这个问题，或许可以避免大错误。
参考文献
[1]赫健裴武林金挺底部框架抗震墙房屋抗震设计中几个问题的探讨沈阳建筑2003年第1期