淺談對底部框架抗震墻磚房抗震設計的探討

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論文關鍵字：底部框架抗震墻磚房；抗震設計；側移剛度比

  論文摘要：基于對底部框架抗震墻結構抗震設計要求的分析，從底部框架抗震墻設計、過渡層設計出發(fā)，給出了抗震設計中應注意的幾個問題，如：注重概念設計、控制側移剛度比、使結構體系合理等。合理設計底部框架抗震墻磚房具有較大的抗震能力和良好的抗震性能。       底部框架抗震墻磚房主要用于臨街底部商店上部住宅工程，這種結構具有比多層鋼筋混凝土框架房屋的造價低、施工方便等優(yōu)點，目前在我國城鎮(zhèn)建設中廣泛使用。       1結構抗震設計的要求       底部框架抗震墻磚房具有上剛下柔，上重下輕的特點，房屋的震害程度與房屋的平面布置和上下墻體的相對位置，以及上下層的層間側移剛度比等密切相關。   1.1“強柱弱梁”原則   底部框架抗震墻磚房框架設計遵循的一個基本原則就是：“強柱弱梁”、“強節(jié)點弱構件”原則。目的是使框架結構在強烈地震作用下,塑性鉸先出現(xiàn)在梁端，后出現(xiàn)在柱端。如果框架的任一柱端先出現(xiàn)塑性鉸，可能會引起同一層其它柱端相繼出現(xiàn)塑性鉸，房屋因此而倒塌。但是底層框架梁因為要承擔豎向荷載引起的較大彎矩，截面較大，因而在截面抗彎強度的計算上滿足“強柱弱梁”的要求很困難,所以在構造上特別是箍筋的配置上應盡量實現(xiàn)“強柱弱梁”的設計原則。   1.2結構平面設計講究均勻性、整體性   建筑平面布置應簡潔、規(guī)則、對稱，并盡可能減少上部磚房單元形式。上部磚房縱橫墻均勻對稱布置，沿平面內(nèi)宜對齊，同一軸線的窗間墻寬度宜均勻。樓梯間不設置在房屋的盡端和轉角處，煙道、風道等不宜削弱墻體。下部框架抗震墻結構，則要求柱網(wǎng)對應上部磚房布設，盡可能使較多墻體落于柱網(wǎng)上。盡可能的將抗震墻對稱分散布置，使縱橫向抗震墻相連，縱向抗震墻應布置在外縱軸線，增強抗傾覆能力，避免出現(xiàn)低矮抗震墻(高寬比小于1)，使層間剛度比使得結構的剛度中心與質量中心重合，減少地震作用下結構產(chǎn)生的扭轉效應。   1.3結構立面的均勻性、連續(xù)性   底部框架抗震墻磚房結構的顯著特點就是“上重下輕”。為盡可能降低結構重心，應嚴格控制房屋層數(shù)和總高，根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》（GN50011－2001），底部結構層高不應超過4.5m。上部磚房各層建筑功能保持一致，墻體豎向應對稱連續(xù)。對于出屋面的樓梯間,水箱間由于剛度突變,地震時容易引起鞭稍效應，所以要盡可能地降低層高。只有建筑設計做到豎向規(guī)則連續(xù)才能保證豎向強度和剛度的均勻性，避免上部磚房出現(xiàn)薄弱層，減少應力集中和變形集中。       2抗震墻磚房的抗震設計       2.1底層框架抗震墻的設計   目前，底層框架抗震墻磚房的底層設計歸納起來存在以下三方面的問題：   底層為大商場等有大空間使用要求時，底層抗震墻(一般為磚墻)設置得很少，其底層的側移剛度比縱橫墻較多的第二層小得多。這種結構由于其地震傾覆力矩主要由鋼筋砼框架柱承擔，使得底層鋼筋砼框架柱的承載能力大為降低，底層成為較薄弱的樓層；在強烈地震作用下底層成為彈塑性變形和破壞集中的樓層，危及整個房屋的安全。要解決以上問題，首先，建筑平面布置時，應考慮在適當部位布置一些墻體。其次，采用鋼筋砼抗震墻來代替磚抗震墻，一片相同厚度、高度和長度砼墻的抗側剛度是磚墻的好幾倍，既可減少墻面數(shù)又能保證底層的側移剛度。   建筑一面臨街，且縱向臨街面一般不布置抗震墻，使得抗震墻數(shù)量過少，底層平面布置不對稱，導致在地震時產(chǎn)生扭轉效應而加重房屋的破壞。解決這個問題，應在沿街側外縱墻上布置一定數(shù)量的鋼筋砼抗震墻，另一側外縱墻上布置剛度相當?shù)拇u抗震墻，使底層的剛度中心與形心基本重合。   底層沿縱向分成幾個較大空間，一些設計方案把分隔橫墻設計成為帶構造柱、圈梁的磚墻，使得底層的橫向與縱向均不能形成完整的框架抗震墻體系。在地震作用下這些分隔墻因側移剛度大而先開裂，又因其承載能力和變形能力較鋼筋永框架差而破壞嚴重，并且過早的退出工作，產(chǎn)生彈塑性內(nèi)力重分布，導致底層框架抗震墻部分破壞嚴重。因此，結構布置時必須將底層布置成縱橫向框架抗震墻體系，避免以上問題的產(chǎn)生。   2.2過渡層的設計   抗震墻磚房的二層稱為過渡層。此層擔負著傳遞上部的地震剪力和上部各層地震力對底層樓蓋的傾覆力矩引起樓層轉角對第二層層間位移的增大，因而此層受力復雜，也顯得非常重要。對于底部框架抗震墻磚房，當?shù)讓影纯拐鹨?guī)范要求設置一定數(shù)量的抗震墻后，房屋底部的側向剛度和水平承載力有較大提高；此時如果忽略過渡層墻體的側向剛度和水平承載力的降低，可能使房屋的過渡層成為薄弱層；由于過渡層磚砌體的變形能力較底層相對較差，因而將降低這種房屋的抗震性能。為避免上述情況發(fā)生，應加強過渡層墻體的抗震構造措施。二層構造柱配筋較上部同一位置構造柱配筋加大一級，二層構造柱下端箍筋適當加密，構造柱縱向鋼筋錨入底層框架柱、梁內(nèi)40d；除按抗震規(guī)范設置構造柱外，應根據(jù)房屋層數(shù)、設防烈度適當增設構造柱，尤其是在底層有抗震墻的位置，以改善整個結構傳遞水平力的性能；另在房屋四周外墻，在縱橫墻交接處均宜設構造柱，以增加上部砌體結構與底部鋼筋砼框架抗震墻結構的連接和整體性，避免由于房屋上部及底部材質不同，結構的自振頻率不完全一致，在地震作用下因上、下部連接不強而在二層樓面處形成脫接。3底部框架結構抗震設計中應注意的問題       3.1注重概念設計   選擇對抗震有利的建筑場地，簡化建筑體型，講究規(guī)則對稱，質量和剛度變化均勻，抗震結構體系合理、明確等是確保抗震設計合理的基本設計內(nèi)容。同時抗震設計應滿足“小震”不壞“，中震”可修和“大震”不倒的設防目標?！督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》（GBJ50011-2001）的第7.1.8條規(guī)定，底部應沿縱橫兩方向均勻對稱布置框架－抗震墻體系，并重點強調底部抗震墻應是雙向、對稱布置并縱橫抗震墻相連。由于底部框架墻結構中的剪力墻屬低矮墻，其抗剪剛度相對較大，如果布置的墻肢較長、平面形式復雜，很容易出現(xiàn)局部剛度過大，受力過于集中的現(xiàn)象，甚至經(jīng)常出現(xiàn)只布置極少的剪力墻就滿足上下層抗側剛度比限值的情況。如果不作處理，則會造成建筑的剛度中心對質量中心的偏心距較大，地震力作用下會對結構產(chǎn)生扭轉效應。   底部框墻結構的柱網(wǎng)不宜過大，一般控制在7.5m左右，并且框架梁上懸墻數(shù)目不應超過一道。首先從使用功能上，底框結構大多為商住樓，該跨度對應上部可分割為兩開間，無論上部為住宅樓，還是辦公樓，開間尺寸都必須以滿足砌體結構所能實現(xiàn)的功能。   3.2嚴格控制側移剛度比   現(xiàn)行抗震規(guī)范對底層框架磚房第二層與底層的側移剛度比不僅會影響地震作用下的層間彈性位移，而且對層間極限剪力系數(shù)分布、薄弱樓層的位置和薄弱樓層的彈塑性變形集中都有很大影響。因此應嚴格的限制側移剛度比，設計中并對此作控制性驗算。這是因為該比值分析結果表明，當＞2時，在強烈地震作用下會造成薄弱的底層彈塑性變形集中，彈性位移增大，會加速底層的破壞；但當1.2，特別是1.0時，由于底層縱橫向抗震墻設計過多，底層過強，又會使薄弱樓層轉移到上部抵抗變形能力相對較差的磚房層，這也是不利的。所以，規(guī)范GBJ50011-2001規(guī)定，6度、7度時不應大于2.5，8度時不應大于2.0，且均不應小于1.0，實際設計時控制在1.5左右為宜。   3.3結構體系要合理   底部框架磚房的底層或底部兩層均應設置縱橫向的雙向框架體系，因為底部的地震剪力按各抗側力構件的剛度分配，在這些結構混用的體系中，磚墻較框架的抗側力剛度大得多，在地震作用下，磚墻先開裂破壞，而磚墻的變形能力較框架要差得多，這樣會形成磚墻構件先退出工作，導致加重半框架或部分框架的破壞。   結論   底部框架抗震墻磚房上部和底部抗震性能差異較大，由于其結構形式特殊，設計不合理講導致地震時的嚴重破壞。設計房屋的平面規(guī)則對稱、控制底層和過度層的剛度比，合理布置底部框架抗震墻磚房的結構體系等，能使底部框架抗震墻磚房具有較大的抗震能力和良好的抗震性能。       參考文獻   [1蔡紅衛(wèi).淺析底部框架抗震墻磚房抗震設計[J].山西建筑，2006．   [2]楊紅衛(wèi)，薛嚴濤，朱永權.底部框架結構抗震性能及抗震設計研討[J].工程抗震，2001．   [3]陳安生.底部框架磚房抗震設計中常見問題分析[J].工程建設與設計，2006．