底部框架——抗震墙砌体房屋抗震概念结构设计分析.doc

底部框架抗震墙砌体房屋抗震概念结构设计分析 赵海涛 （河北百川建筑设计有限公司河北邯郸056000） 【摘要】底部框架-抗震墙体房屋是我国特有的一种结构形式，应合理设置底部抗震墙，合理控制侧向刚度比，上部砌体墙体的布置要合理，层数和总高要合理度，抗震横墙间距要布置合理，过渡楼层构造柱、圈梁要设置合理。 关键词底部框架-抗震墙体；砌体；抗震；设计 Thebottomoftheframe-shearwallmasonrybuildingsseismicconceptualdesignanalysis ZhaoHai-tao (HebeibaichuanArchitecturalDesignCo.,LtdHandanHebei056000) 【Abstract】Thebottomoftheframe-shearwallhouseisofauniquestructure,shouldbeareasonablesetofseismicbottomwall,thereasonablecontrolofthelateralstiffnessratio,theupperpartofthemasonrywallsarearrangedtobereasonable,andthetotalnumberoflayersGaoyaoreasonabledegree,earthquaketransversewallspacingtobearrangedreasonabletransitionalfloorstructuralcolumn,ringbeamtosetreasonable. 【Keywords】Bottomframe-shearwall;Masonry;Seismic;Design 1.前言 （1）底部框架-抗震墙体房屋是由底部框架抗震墙结构和上部砌体结构组成，是我国特有的一种结构形式。由于使用功能的需要，临街的建筑在底部设置商店等，而上部为住宅、办公室等。房屋的底部因大空间的需要而采用框架-抗震墙结构，上部因纵、横墙比较多而采用砌体墙承重结构。在我国经济尚较困难的地方，是一种较为适宜的结构形式，大多集中在中小型城镇、农村的沿街房屋中。 （2）从结构抗震性能角度，这种结构形式不值得提倡和推广，但对于我国一些经济欠发达地区，此类结构在经济方面还具有一定的优势和现实意义。因此，总结这类房屋的震害规律，研究其抗震性能，分析提高这类房屋整体抗震能力的设计方法和措施，对于搞好这类房屋的抗震设计是非常重要的。 2.底部框架-抗震墙房屋的震害规律和特点 从抗震概念设计角度看，底部框架-抗震墙砌体房屋这两种上下不同材料和结构形式组成的复合结构，属于抗震不利结构。历次地震的震也表明，这类结构的破坏要比其他类型房屋要重得多。 2.1柔性底层房屋。 （1）柔性底层房屋由于底层框架部分未设抗震墙或仅设置少量抗震墙，由于底层框架侧向刚度小，地震时底层变形集中，早餐底层破坏严重而发生整体倒塌。 （2）这类房屋的震害特点是：震害基本集中发生在底层，而且墙体比柱子严，柱子比梁严重；上部砌体的破坏状况与普通多层砌体房层相似，但破坏程序相对较轻。 2.2设置抗震墙的底框房屋。xx年5.12汶川地震震害调查表明，在底部设置了足够数量抗震墙的底部框架砌体房屋，其震害与柔性底层底部框架砌体房屋有所不同，主要表现在：当底部抗震墙体设置合适时，结构薄弱部位仍然控制在底部，虽然地震时抗震墙、框架梁柱节点、填充墙仍然会破坏，甚至破坏严重，但由于房屋震损部位都较为分散、均匀，一般不会出现底部框架部分整体垮塌的情况。当底部抗震墙体设置过多，而且平面布局不合理时，结构薄弱部位会出现在过渡楼层。地震时，该层破坏集中现象较为明显，而底部框架部分要轻得多；此类结构在强震作用下，往往过渡楼层破坏严重，过渡层及上砌体部分倒塌，仅剩底部。 3.底部框架-抗震墙砌体房屋抗震概念设计 从建筑结构角度看，底部框架-抗震墙砌体房屋属于典型的上刚下柔竖向不规则结构，抗震不利，抗震性能不理想。根据该类房屋的震害特点和规律，结合试验研究、理论分析和工程实践，在此类房屋的抗震设计应牢牢把握概念设计和基本原则，重点解决好以下问题：结构体系问题、房屋整体性问题、易损部位构造措施问题，薄弱屋和过渡层构造措施问题等。 3.1结构布置。 （1）合理设置底部抗震墙。在唐山大地震中，未经抗震设防的底层框架-抗震墙砌体房屋的破坏较为严重，其主要原因是底层没有设置为框架-抗震墙体系。在震害较为严重的底层框架砌体房屋中，底层为单向框架体系（横向为框架，纵向采用连续梁）、底层为半框架体系（沿街一侧为框架，另一侧为砖墙承重）、底层大部分为框架体系而山墙与楼梯间墙处不设框架遭到严重破坏甚至倒塌。xx抗震规范规定：纵横两个方向均应设置、数量要适当、平面布置要均匀对称。 （2）合理控制侧向刚度比。由前述震害实例可以看出，对于底部框架-抗震墙体房屋来说，底部既不能太刚、又不能太柔。太刚容易导致整个结构的薄弱楼层由底部转移至上部砌体，造成上部砌体的严重破坏；太柔则容易导致底部变形过大，进而造成底部过早破坏甚至倒塌。因此，xx抗震规范对底部框架-抗震墙砌体房屋的侧向刚度比进行了严格的规定，底部框架部分的侧向刚度既不能太小，又不能超过上部砌体结构。 （3）上部砌体墙体的合理布置。实际工程实践中，为了满足使用功能的需要，底部往往采用大柱网，造成部分上部砌体墙体与底部框架梁或抗震墙不对齐，而是通过次梁进行二次甚至多次转换，一旦这样的墙体数量较多时，整体结构的地震作用传力途径就不清晰、受力状况变得极为复杂，不利于抗震。为此，xx规范规定，上部砌体墙体与底部框架梁或抗震墙，除楼梯间附近的个别墙段外均应对齐。 3.2层数和总高度底部框架-抗震墙砌体房屋的层数和调试限制是应采取的主要抗震措施。对于这类结构，震害的规律表明，房屋的层数越多和高度越高，其在地震中的破坏也越重，这是客观规律。因此，必须限制其建造的层数和高度。鉴于上刚下柔建筑在日本阪神大地震和台湾9.21大地震中成片严重破坏的倒塌，抗震规范特别规定对9底区不推荐采用此类结构的房屋。有关层数和总调试的计算原则，与多屋砌体结构相同。底部框架-抗震墙砌体房屋底部的屋高，不应超过4.5。 3.3抗震横墙间距。 （1）底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震墙的间距分别为底层或底部两屋和上部砌体两部分。 （2）上部砌体部分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，由于上部各屋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递地震作用的楼盖水平变形要大。因此，在相同变形限制条件下，底部框架-抗震墙砌体房屋底层或底部两层抗震墙的间距要比框架-抗震墙的间距要小一些。 3.4过渡楼层。 （1）研究结构和震害表明，底部框架-抗震墙砌体房屋的过渡楼层受力比较复杂，刚度和变形较大。当过渡层与其下层的侧向刚度比设计合理时，虽然底层的抗震墙先开裂，但是一旦过渡楼层的砌体墙开裂后，由于其变形能力差，其破坏状态要比底部重得多。因此，应增强过渡楼层的抗剪承载能力。对于高宽比较大的房屋，尚应增强其抗弯承载能力。 （2）对于与底部框架相连的过渡层，应考虑上下层柱与构造接的连接，楼板层水平刚度的加强，墙体适当配置水平钢筋等措施，以利竖向刚度的渐变。同时应加强其抗震构造措施。为此，xx规范专门增加了对过渡层墙体构造措施的要求：增加了过渡屋墙体为混凝土小砌块砌体墙时芯柱设置及插筋的要求。 （3）过渡层构造柱纵向钢筋配置的最小要求，增加了6度时的加强要求，8度时考虑到构造柱纵筋根数与其截面的匹配性，统一取为4根。增加了过渡层墙体在窗台标高处设置通长水平现浇钢筋混凝土带的要求；加强了墙体与构造柱或芯柱拉结措施。过渡层墙体开洞较大时，要求在洞口两侧增设构造柱或单孔芯柱。对于底部次梁转换的情况，过渡层墙体应另外采取加强措施。 3.5托墙梁。 承托上层砌体墙的托墙梁所受的荷载比较大且受力的情况复杂，根据有关试验资料和工程经验，底部框架托墙梁受力的主要规律大致为： （1）底部框架跨数不同时，框架托墙梁承担竖向荷载的规律是相似的； （2）影响框架托梁承担竖向荷载的主要因素是上部墙体开门洞的位置，其最不利位置是门洞在跨端； （3）在过渡层内纵墙和横墙交接处设置钢筋混凝土构造柱，上部砌体各层每层均设置圈梁，有助于发挥砌体墙起拱的作用，特别是考虑墙体开裂后更是如此； （4）上部砌体部分层数增多，则墙体与梁的组合作用更明显一些； （5）对于底部框架为大开间时（局部抽柱），空间有限元分析能较好的模拟墙梁作用的空间影响。当过渡楼层楼板为现浇钢筋混凝土板时，其横向框架主梁向荷载明显增多，而次梁承担的竖向荷载明显减少； （6）底部框架为大开间时（局部抽柱），纵向框支墙梁除承受纵向平面内的墙体自重以及楼盖荷载外，还承受横向次梁托墙传来的集中荷载，其受力比较复杂。 参考文献 1GB50011-xx