淺談對(duì)底部框架抗震墻磚房抗震設(shè)計(jì)的探討

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論文關(guān)鍵字：底部框架抗震墻磚房；抗震設(shè)計(jì)；側(cè)移剛度比

  論文摘要：基于對(duì)底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求的分析，從底部框架抗震墻設(shè)計(jì)、過(guò)渡層設(shè)計(jì)出發(fā)，給出了抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題，如：注重概念設(shè)計(jì)、控制側(cè)移剛度比、使結(jié)構(gòu)體系合理等。合理設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)具有比多層鋼筋混凝土框架房屋的造價(jià)低、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，目前在我國(guó)城鎮(zhèn)建設(shè)中廣泛使用。       1結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)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(diǎn)，房屋的震害程度與房屋的平面布置和上下墻體的相對(duì)位置，以及上下層的層間側(cè)移剛度比等密切相關(guān)。   1.1“強(qiáng)柱弱梁”原則   底部框架抗震墻磚房框架設(shè)計(jì)遵循的一個(gè)基本原則就是：“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”原則。目的是使框架結(jié)構(gòu)在強(qiáng)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(huì)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?yàn)橐袚?dān)豎向荷載引起的較大彎矩，截面較大，因而在截面抗彎強(qiáng)度的計(jì)算上滿足“強(qiáng)柱弱梁”的要求很困難,所以在構(gòu)造上特別是箍筋的配置上應(yīng)盡量實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則。   1.2結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)講究均勻性、整體性   建筑平面布置應(yīng)簡(jiǎn)潔、規(guī)則、對(duì)稱，并盡可能減少上部磚房單元形式。上部磚房縱橫墻均勻?qū)ΨQ布置，沿平面內(nèi)宜對(duì)齊，同一軸線的窗間墻寬度宜均勻。樓梯間不設(shè)置在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處，煙道、風(fēng)道等不宜削弱墻體。下部框架抗震墻結(jié)構(gòu)，則要求柱網(wǎng)對(duì)應(yīng)上部磚房布設(shè)，盡可能使較多墻體落于柱網(wǎng)上。盡可能的將抗震墻對(duì)稱分散布置，使縱橫向抗震墻相連，縱向抗震墻應(yīng)布置在外縱軸線，增強(qiáng)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(jié)構(gòu)的剛度中心與質(zhì)量中心重合，減少地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。   1.3結(jié)構(gòu)立面的均勻性、連續(xù)性   底部框架抗震墻磚房結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)就是“上重下輕”。為盡可能降低結(jié)構(gòu)重心，應(yīng)嚴(yán)格控制房屋層數(shù)和總高，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GN50011－2001），底部結(jié)構(gòu)層高不應(yīng)超過(guò)4.5m。上部磚房各層建筑功能保持一致，墻體豎向應(yīng)對(duì)稱連續(xù)。對(duì)于出屋面的樓梯間,水箱間由于剛度突變,地震時(shí)容易引起鞭稍效應(yīng)，所以要盡可能地降低層高。只有建筑設(shè)計(jì)做到豎向規(guī)則連續(xù)才能保證豎向強(qiáng)度和剛度的均勻性，避免上部磚房出現(xiàn)薄弱層，減少應(yīng)力集中和變形集中。       2抗震墻磚房的抗震設(shè)計(jì)       2.1底層框架抗震墻的設(shè)計(jì)   目前，底層框架抗震墻磚房的底層設(shè)計(jì)歸納起來(lái)存在以下三方面的問(wèn)題：   底層為大商場(chǎng)等有大空間使用要求時(shí)，底層抗震墻(一般為磚墻)設(shè)置得很少，其底層的側(cè)移剛度比縱橫墻較多的第二層小得多。這種結(jié)構(gòu)由于其地震傾覆力矩主要由鋼筋砼框架柱承擔(dān)，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(qiáng)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(gè)房屋的安全。要解決以上問(wèn)題，首先，建筑平面布置時(shí)，應(yīng)考慮在適當(dāng)部位布置一些墻體。其次，采用鋼筋砼抗震墻來(lái)代替磚抗震墻，一片相同厚度、高度和長(zhǎng)度砼墻的抗側(cè)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(cè)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(guò)少，底層平面布置不對(duì)稱，導(dǎo)致在地震時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而加重房屋的破壞。解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)在沿街側(cè)外縱墻上布置一定數(shù)量的鋼筋砼抗震墻，另一側(cè)外縱墻上布置剛度相當(dāng)?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(gè)較大空間，一些設(shè)計(jì)方案把分隔橫墻設(shè)計(jì)成為帶構(gòu)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(cè)移剛度大而先開(kāi)裂，又因其承載能力和變形能力較鋼筋永框架差而破壞嚴(yán)重，并且過(guò)早的退出工作，產(chǎn)生彈塑性內(nèi)力重分布，導(dǎo)致底層框架抗震墻部分破壞嚴(yán)重。因此，結(jié)構(gòu)布置時(shí)必須將底層布置成縱橫向框架抗震墻體系，避免以上問(wèn)題的產(chǎn)生。   2.2過(guò)渡層的設(shè)計(jì)   抗震墻磚房的二層稱為過(guò)渡層。此層擔(dān)負(fù)著傳遞上部的地震剪力和上部各層地震力對(duì)底層樓蓋的傾覆力矩引起樓層轉(zhuǎn)角對(duì)第二層層間位移的增大，因而此層受力復(fù)雜，也顯得非常重要。對(duì)于底部框架抗震墻磚房，當(dāng)?shù)讓影纯拐鹨?guī)范要求設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻后，房屋底部的側(cè)向剛度和水平承載力有較大提高；此時(shí)如果忽略過(guò)渡層墻體的側(cè)向剛度和水平承載力的降低，可能使房屋的過(guò)渡層成為薄弱層；由于過(guò)渡層磚砌體的變形能力較底層相對(duì)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(yīng)加強(qiáng)過(guò)渡層墻體的抗震構(gòu)造措施。二層構(gòu)造柱配筋較上部同一位置構(gòu)造柱配筋加大一級(jí)，二層構(gòu)造柱下端箍筋適當(dāng)加密，構(gòu)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(shè)置構(gòu)造柱外，應(yīng)根據(jù)房屋層數(shù)、設(shè)防烈度適當(dāng)增設(shè)構(gòu)造柱，尤其是在底層有抗震墻的位置，以改善整個(gè)結(jié)構(gòu)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(shè)構(gòu)造柱，以增加上部砌體結(jié)構(gòu)與底部鋼筋砼框架抗震墻結(jié)構(gòu)的連接和整體性，避免由于房屋上部及底部材質(zhì)不同，結(jié)構(gòu)的自振頻率不完全一致，在地震作用下因上、下部連接不強(qiáng)而在二層樓面處形成脫接。3底部框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題       3.1注重概念設(shè)計(jì)   選擇對(duì)抗震有利的建筑場(chǎng)地，簡(jiǎn)化建筑體型，講究規(guī)則對(duì)稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，抗震結(jié)構(gòu)體系合理、明確等是確?？拐鹪O(shè)計(jì)合理的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容。同時(shí)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)滿足“小震”不壞“，中震”可修和“大震”不倒的設(shè)防目標(biāo)?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ50011-2001）的第7.1.8條規(guī)定，底部應(yīng)沿縱橫兩方向均勻?qū)ΨQ布置框架－抗震墻體系，并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)底部抗震墻應(yīng)是雙向、對(duì)稱布置并縱橫抗震墻相連。由于底部框架墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻屬低矮墻，其抗剪剛度相對(duì)較大，如果布置的墻肢較長(zhǎng)、平面形式復(fù)雜，很容易出現(xiàn)局部剛度過(guò)大，受力過(guò)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(cè)剛度比限值的情況。如果不作處理，則會(huì)造成建筑的剛度中心對(duì)質(zhì)量中心的偏心距較大，地震力作用下會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。   底部框墻結(jié)構(gòu)的柱網(wǎng)不宜過(guò)大，一般控制在7.5m左右，并且框架梁上懸墻數(shù)目不應(yīng)超過(guò)一道。首先從使用功能上，底框結(jié)構(gòu)大多為商住樓，該跨度對(duì)應(yīng)上部可分割為兩開(kāi)間，無(wú)論上部為住宅樓，還是辦公樓，開(kāi)間尺寸都必須以滿足砌體結(jié)構(gòu)所能實(shí)現(xiàn)的功能。   3.2嚴(yán)格控制側(cè)移剛度比   現(xiàn)行抗震規(guī)范對(duì)底層框架磚房第二層與底層的側(cè)移剛度比不僅會(huì)影響地震作用下的層間彈性位移，而且對(duì)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(yīng)嚴(yán)格的限制側(cè)移剛度比，設(shè)計(jì)中并對(duì)此作控制性驗(yàn)算。這是因?yàn)樵摫戎捣治鼋Y(jié)果表明，當(dāng)＞2時(shí)，在強(qiáng)烈地震作用下會(huì)造成薄弱的底層彈塑性變形集中，彈性位移增大，會(huì)加速底層的破壞；但當(dāng)1.2，特別是1.0時(shí)，由于底層縱橫向抗震墻設(shè)計(jì)過(guò)多，底層過(guò)強(qiáng)，又會(huì)使薄弱樓層轉(zhuǎn)移到上部抵抗變形能力相對(duì)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(shí)不應(yīng)大于2.5，8度時(shí)不應(yīng)大于2.0，且均不應(yīng)小于1.0，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)控制在1.5左右為宜。   3.3結(jié)構(gòu)體系要合理   底部框架磚房的底層或底部?jī)蓪泳鶓?yīng)設(shè)置縱橫向的雙向框架體系，因?yàn)榈撞康牡卣鸺袅Π锤骺箓?cè)力構(gòu)件的剛度分配，在這些結(jié)構(gòu)混用的體系中，磚墻較框架的抗側(cè)力剛度大得多，在地震作用下，磚墻先開(kāi)裂破壞，而磚墻的變形能力較框架要差得多，這樣會(huì)形成磚墻構(gòu)件先退出工作，導(dǎo)致加重半框架或部分框架的破壞。   結(jié)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(jié)構(gòu)形式特殊，設(shè)計(jì)不合理講導(dǎo)致地震時(shí)的嚴(yán)重破壞。設(shè)計(jì)房屋的平面規(guī)則對(duì)稱、控制底層和過(guò)度層的剛度比，合理布置底部框架抗震墻磚房的結(jié)構(gòu)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(xiàn)   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