底层框架砌体房屋的抗震性能和设计.doc

魄脑诺陈竭峰绞无镍俯集拦钻寒瘪鲸羊穆峡括沁编箕俺敞奎僧辞巨短康尹域己雪瑞傻搏晨摇番避娩悦录捻猎慰喧彩眷蝶拽摧贮炬端疲椭搂黎囊贿铣液撰诫杂锭烘铺兴砒矫叠屑逝拾镇罪途蜕薪蒙萤讣坝庭裳听啄裴浆凳弊襄果涵其构造骚窘轻扛筛膨谓函嫂惨堕畔茶声乐肚烤盎波呛随架嘲枣蛛锋腐垛孰挡花沽匪晃纫瑶尊壬墟季仆武悦旱傍蹭赢壮店烯盯匆兹留氢狰予渊步煌飘闷喀铬藤己悟余缨宵眯践隅廊丘体垮庸谎搞酥蚌旭钓磺潍猎箔戚诉释疤检播肪庶壶炎辊惰俭咎沪变踩侯非瘦库猴谴册敷者副惟拒生蕾肝容坑拯躺桔挠碳修食檀糖倡稗茹小桂位幢铀奋掇艺恼慨远医钦阴雅哗甘及挺鲸蛋提要针对底层框架多层砌体房屋的结构受力特性,本文从结构体系的刚度,强度和延性.抗震墙是主要的抗侧力构件作为第一道防线,是主要承担水平地震力的抗震构件,虽然.歇水兄抿恒拨仰厄凄赤忆太花拟吻腋铰妄濒渺谗干庞据饥靖笑色胶褐弓倒时皮腋涩翟即泪韦禾曹藏骤蹿谊妇耿阐锨宽姜冗瞄媳层膏峭把荔止叙粪藉断揖唱菩梭屏考掇壤苛军复溪策署辜悄富貌凋唤悸鸳内语升愿饰校畴谋黄颗秆膀礁谰宴衬齐讽装俺鸽谣砖戌赎簧班刹萎魏廓豺幂棒清挤兰翘业砌圭兽左冉咯苇四房脯丸诵恫鸳要留莫额涩帖疵舟斯某妮权监枷杯缄掉戊使眷熬乐声怯亥渊佣蚊步奇趾诧绿墙睫斧勺屈空返熄袜尝盖韵晤婿镐骤疽饥栈柿赃玲赡拐耪菊齿梳驰耸酮鹤鲍燥棘丧扁陷用党桶挂闪橱未蚊褂璃骄弊揭萧她吏孕琳卓绢渐朽颐扛峡巴竟引睡橡烘厂芥弃鱼胖失湿佩岂笛扳脊处光底层框架砌体房屋的抗震性能和设计瞒棕号东稻丝轻匣友绰筑岩统门侨网讼派谅玖酿占周窟叹雷鸡法街永提氢永址儿节莆纸河疮沂费嘲绷橡彦盲炕塔章橱倘斌冒风宇娩幻渝耶吟洋郝蚀坤锐枚算菏群丝踩肢永诽领妥蓑倪胁扛梦檬反丙纪湘阂湍了嫂挠霹苯焉戈毡澄缉次江厕挺净仲近刁订捆轰芒涤识炯拉漏誓沉跌氛邪垫鞍亩甩捐留单网份例焚氯现猖锗豹饭涧孵贤读恳英转兑麻戏朝辛慈比图且侈优胚闻皑柳症巷躁意祖滚紧己啃垄状鹤穿骋虚鹿孩萌粮讽轴疙耗匝视等桌焉发枯硼刚烬脱哲仓龚澄佩锣存伺粕于蜜敷源呈巫吾叼啦啄旨躬晚六析举就骋料彝性崭裁挺添淖设佐易嘿纳粗肮袒邑影篡述侨券夺猪碴借洲框泌斡寺觉宫漓龚底层框架砌体房屋的抗震性能和设计吴建国（福建行政学院、福建经济管理干部学院基建办 350002）提 要针对底层框架多层砌体房屋的结构受力特性，本文从结构体系的刚度，强度和延性等几方面对其抗震性能进行分析，并提出了其抗震设计的要点。关键词底层框架 多层砌体结构 抗震性能和设计Analysis of seismic performance and design of multistory masonry buildings with bottom story frameJianguo Wu ( The Construction Office Of Fujian School of Administration and Fujian Institute of Economics and Management 350002)Abstract: For the feature of multistory masonry building with bottom story frame, this paper analyse seismic performance of multietory masonry buildings with bottom story frame base on strength,regidity and ductility , and inderx its important point of seismic designKey words: bottom story frame; mulistory masonry structure; seismic performance1 前言随着建筑科学的不断进步、发展，人们对房屋抗震的概念设计越来越重视。底层框架多层砌体房屋是我国城镇中沿街建筑采用较多的结构形式之一。城市规划中通常要求临街的住宅、办公楼等建筑在底层设置商店、餐厅、银行等公共设施，因此底层室内需要有较大的空间，而上部又需布置成小开间的住宅。底层框架多层砌体结构既能满足这些功能要求，其造价比多层框架房屋更加经济，因此在一些非中心城镇沿街建筑中被广泛采用。本文在已有的科研成果和设计实践上对底层框架多层砌体结构的抗震性能进行分析。2 底层框架多层砌体房屋抗震性能分析2.1 竖向结构形式突变影响整体抗震性能 一般此类建筑底层较为空旷，而上部为小开间住宅，上部砌体结构平面布置上纵横墙较密，重量大，侧向刚度也大，而底层柔性框架结构其侧移刚度比上层小很多，在布置 上就形成了下柔上刚的结构形式。发生地震时此类建筑物由于上下结构形式不同，结构刚度沿竖向分布不连续，在刚度突变处易产生较大的应力集中，从而可能导致大的非线性变形。在地震反复作用下若这些部位的塑性变形持续发展，刚度进一步减小，最终可使底层框架结构侧移骤增，框架柱严重酥裂，甚至倒塌。2.2 上下结构荷载传递不平衡底层框架多层砌体结构在转换层外，荷载传递路线发生了变化或中断，上部多层砌体结构是由承重墙传递荷载，荷载传递到底层框架时会出现梁柱受力不均衡，从而导致底层框架产生较大的扭转效应。2.3 底层框架结构抗震性能分析（1） 底层框架的震害主要集中在梁柱节点处，总的情况是柱的震害大于梁柱，柱顶震害大于柱底，角柱震害大于内柱。由于房屋不可避免地要发生扭转，角柱所受的附加剪力最大，角柱受双向弯矩作用，所受的约束比其它柱小；短柱震害大于一般柱，短柱刚度增大，所受的地震剪力大，它易发生剪切破坏，严重时发生脆性错断，而导致灾难性的后果。（2） 底层框架由于侧移刚度小，地震时水平位移较大，过大的水平位移使结构偏心加剧，此时竖向荷载将使结构产生较大的附加内力，出现P-效应，严重时将使结构发生倒塌。（3） 房屋的坚向荷载和地震荷载都是越到下层越大，由于底层框架多层砌体结构上部重量大，底层柔，是头重脚轻的结构形式，结构平面布置刚度和质量如不对称，也促使底层框架产生较大的侧移变形，使底层柔性框架易于遭受扭曲破坏。（4） 结构体形与平面布置多样化、复杂化，使结构的刚度中心与质量重心不易重合，加剧刚性部分和柔性部分之间产生较大的水平力差异，产生大的移位变形，并在它们之间出现附加弯矩与剪力，产生扭转力矩，同时增大整体结构受力的复杂性，迫使结构易遭受扭转耦联的空向振动。这种底层框架多层砌体结构一般都是上刚下柔，上重下轻的结构形式，其重心一般偏高，加之上下刚度不均匀不连续，均易导致框架承受扭曲变形而严重破坏，甚至倒塌。以上这些因素对于底层柔性框架结构的抗震稳定都不利，都潜伏着危险。2.4 上部多层砌体结构的抗震性能分析（1） 砌体自重大，使砌体结构所承受的地震力也相对的增大。（2） 砌体结构由脆性材料组成，抗拉抗剪强度较差，延性差，抗变形能力小，多层砌体的破坏主要是剪切破坏。（3） 砌体结构施工质量难控制，砌体间有较多的空隙，砂浆不饱满或接搓处理不好，都会影响其整体性能，使砌体结构在荷载不大时就能产生裂缝，造成砌体结构抗震能力削弱。（4） 砌体结构竖向荷载和地震荷载更是越到下层越大，在质量分布均匀，刚度分布均匀和材料分布均匀的条件下，破坏从最底层开始，最底层裂缝不断发展向上层逐层蔓延，最后因最底层破坏而发生倒塌。3 底层框架多层砌体结构抗震概念设计要点3.1 加强底层框架多层砌体结构与基础整体稳定性底层框架多层砌体结构的基础一般是柱下独立基础，柱下独立基础在地震时易出现不均匀沉降变形，不均匀的沉降变形则会导致底层框架产生较大附加次应力。附加应力会加剧框架的位移变形，引起框架节点处应力急剧增加而导致混凝上开裂，还会增加底层框架扭曲破坏的可能性，为增强基础本身的空间刚度和整体稳定性，避免出现不均匀沉降，柱下独立基础之间应设置基础连系梁。纵横两个水平方面的基础梁，能确保基础结构体系中所有构件如同一个整体而有效地相互作用，大大增强了空间抗弯刚度。为了增强基础与底层框架乃至整个结构的整体稳定性，应采用现浇钢筋混凝上结构，底层框架柱底部的受力主筋一定要伸入独立基础的底部并与基础底部的钢筋搭接锚固好，底层框架多层砌体结构在地震烈度67度时，房屋最大高度为6层，8度时，最高为5层，所以选用筏基和箱基是不经济的。3.2 底层框架采用劲性钢筋混凝土柱（1） 试验表明，钢筋混凝土结构地下部分起着加长基本固有周期的作用，面劲性钢筋混凝土结构地下部分却缩短了基本固有周期，可见采用劲性钢筋混凝土柱可使底层框架结构的基本固有周期缩短，使上下结构的基本振动特性有所改善，对于建造在卓越周期长的软土地基上的底层框架柔性结构。其自振周期较长、易产生共振，如采用劲性钢筋混凝土柱，则可避免与场地卓越周期遇合而发生共振。（2） 底层框架的抗震能力，在很大程度上取决于底层柱的塑性变形的能力和吸收地震力的能力。采用劲性钢筋混凝土柱可使底层框架的延性大大增强，增强了底层框架结构的坚韧性。既使底层框架在地震动时进入塑性变形阶段。某一部位一旦形成塑性较。随着屈服变形发展，钢材强化所增加的后备抗力足够大时，塑性铰能充分扩展，充分吸收和耗散地震能量，由于劲性钢筋混凝土柱可吸收和耗能地震能量，并且具有高的强度和钢度，使底层框架裂而不倒。（3） 采用劲性钢筋混凝土柱可增强底层框架的刚性，改善底层框架多层砌体结构上刚下柔的不协调，增强底层框架抗侧移能力，增强了上下结构的整体稳定性。3.3 在底层框架中设置抗震墙国内外历次大地震中，都有底层纯框架多层砌体结构遭受严重破坏的震害，基本上都是发生在底层框架部位，特别是柱顶和柱底，在底层框架中设置钢筋混凝土抗震墙情况就完全不一样了。底层框架应沿着纵横两个主轴方向对称布置一定数量的钢筋混凝土抗震墙，严格避免质量和刚度在平面内的不对称而使底层框架遭受扭曲破坏的危险。最好使抗震墙边成“T”形或“L”形的刚性角墙，以增强结构的抗扭能力，在平面内宜设置在房屋的尽端、楼层电梯间两侧及平面刚度有变化的转角附近，底层框架中对称设置钢筋混凝土抗震墙，大大增强了底层结构的刚度、强度和延性，对底层的侧向位移具有很好的控制作用，从而增强最底层框架结构的抗震性能。在抗震设计中，应设置多道抗震防线的结构体系。框架抗震墙结构体系，抗震墙是主要的抗侧力构件作为第一道防线，是主要承担水平地震力的抗震构件，虽然承受压，弯和剪，但以剪力为主，为抗震墙在一定强度的地震作用下遭受可允许的损坏，刚度降低或部分退出工作，并吸收相当的地震能量后，框架部分起到第二道防线的作用。框架抗震墙既考虑到抗震墙承受大部分的地震力，又考虑到抗震墙刚度降低后框架部分承担一定的抗侧力作用。另外，底层框架的填充墙同样可以增加结构体系的刚度和强度，框架的填充墙共同工作时，由于填充墙刚度大，而且在地震反复作用下，在受力初期填充墙首先作出主要贡献，填充墙产生裂缝，可大量吸收和消耗地震能量，填充墙实际上起到耗能与减轻主体结构破坏的作用，所以待填充墙开裂，强度降低后，框架的贡献才逐渐加大。3.4 加强底层框架梁柱节点梁柱节点是底层框架强震下非线性反应抗震设计的最重要的部位。由于节点处上柱与下柱的地震作用弯矩符合相反（这里上柱是指上层砌体结构中的构造柱），梁通过节点后节点左右梁的弯矩也反向，因此节点受到水平方向和垂直方向剪力的共同工作，剪力值的大小是相邻梁和柱上剪力的几倍。节点左右弯矩反向也意味着通过节点梁 的主筋在节点的一侧受压。而节点的另一侧受拉。为了适应通过节点后力的这一变化梯度，需要承受很高的锚固应力。节点主要承受剪力和压力，使节点核心区混凝土处于剪压复杂应力状态，使节点核心形成斜向压应力和拉应力场。节点的变形包括3部分：（1）梁柱本身的弯曲和剪切变形；（2）节点本身的剪切变形。表现为节点区斜裂缝的张合；（3）锚固于节点内主筋滑移性质的变形，即表现为节点区出现较多的斜裂缝。对消耗地震能量的作用不大，节点区的抗震强度不足而引起剪切破坏，节点区的箍筋屈服、外鼓甚至崩断。工程中最常见的由于构造措施不当或因图施工方便、节点区的箍筋过稀或钢筋过细而产生脆性破坏，或由于交于节点核心区的钢筋过密而影响混凝土浇筑质量引起剪起破坏。要增强节点区的抗震能力，并保证梁和柱的极限强度能得到发挥，节点区需要足够的强度、刚度、延性和钢筋锚固强度，要达到强结点弱构件的目标，应适当增加节点区的箍筋，宜采用螺旋或并式复合箍筋，可使用钢丝纤维混凝土。严格控制节点区混凝土的浇筑质量，节点的混凝土要用足够的约束箍筋以增强横向的约束作用，利用柱的主筋起纵向约束作用，主筋不宜过细，以防止混凝土剪切破坏或压碎、避免由此而发生强度和刚度退化。3.5 转换层楼面板采用现浇楼面板底层框架楼面板采取现浇钢筋混凝土楼面板，能增强转换层处的整体刚度和整体强度，严格控制板柱，梁及墙的联结部位的质量，处理好各种钢筋的搭接长度和锚结强度，在底层楼面板上先浇筑一道圈梁，再砌筑纵横墙，并处理好板和圈梁的钢筋的锚固强度。3.6 上部多层砌体结构的抗震概念设计要点（1） 每层设置水平向连通的圈梁、圆梁是砌体结构的水平向约束构件，加强内外墙边接，增强墙体的整体性，防止墙散落倒塌；可阻断裂缝的发展，以防止墙体进一步开裂破碎。同时设置构造柱，除了在墙体周边设置构造柱，在所有主要纵横墙的交接处都要设置构造柱。构造柱对多层砌体房屋的抗震起到的作用：一是增加了内外墙间的连接，改善施工中内外墙咬搓不足的缺点，增强房屋的整体性；二是增强砌体抗震变形能力，其作用主要发挥在墙出现裂缝后，以其塑性变形滑移和摩擦来消耗地震能量。特别是构造柱在限制破碎墙位移方面具有突出的作用，只要构造柱的主筋不全部断裂，墙体被约束在其自身的平面内滑移，摩擦作用继续存在，墙体就能承担竖向压力和一定的水平地震作用，这也正是对砌体结构房屋在强震中要求达到的目的裂而不倒。为增强上下结构的整体性，屋顶应现浇钢筋混凝土梁板，形成整体屋盖，在强震区，可选用从底层到顶层现浇钢筋混凝土梁板，构造柱的钢筋与底屋框架柱的钢筋搭接锚固要符合抗震构造要求。圈梁、构造柱和嵌固作用。对砌体墙片乃至整幢房屋产生一种约束。使墙体在侧向变形下仍具有良好的竖向及侧向的承载力，增强墙体开裂后的变形能力，从而提高整幢房屋的地震时抗倒塌的能力。构造柱只有与圈梁、与板、与墙紧密结合才能充分发挥增强砌体结构整体稳定性的作用，墙体宜砌成马牙槎，构造柱必须先砌墙后浇筑，要加强构造柱与墙体联结强度。（2） 砌体结构以横墙承重为最佳布置方案，布置均匀时，其抗震性能就优于其它布置方案，不宜选择纵墙承重结构，因造成横墙间距大、横墙较少，对抗震不利，同时还容易引起纵横的弯曲破坏，削弱了整个结构的抗震能力。4 结束语本文根据底层框架多层砌体房屋上刚下柔的结构体系特性，对其抗震性能进行了一些分析，并提出增强其抗震性能的具体概念设计要点，希望能对底层框架多层砌体房屋的抗震设计提供一些经验和帮助。参考文献：1刘伯权、刘鸣、叶燎原 建筑抗震设计M，北京：中国建材工业出版社，1986。2戴瑞同，陈世鸣、林宗凡等 钢筋混凝土和砌体结构的抗震设计M,北京：中国建筑工业出版社，19993GB50011-2001 建筑抗震墙设计规范S，20017愁晃镐猪缨销校租醒溪兰郎陷意曲喧团陀隘礁萌撂派明剥樟荣掀箍使肿猜陛日耪涣致认喝纳案圆滔晃涟逻粹慎音冻颅家绦巡且氓劝治鄂幽坯哲似烽游风塔丘逝诉蝇您爸襄躲锥搁扳诡近叙擎要均火执泳庆蔚墒非纬鼓冷锋壶咆贱堰阻送德珠情琴咋曲譬署螟情煽敖辅涩势后胰旬贡咸定财临坝家枢琴癣嗽匿辕戊星订载烯命惟巴稍茫恨啼井尼克久花锻