底部框架-抗震墙砌体房屋的过渡层抗震设计基本要求.pdf

2013年10月 ? 第39卷 总第175期 2013年 第5期 Sichuan Building Materials DOI:10. 3969/ j. issn. 1672 -4011. 2013. 05. 030 底部框架-抗震墙砌体房屋的过渡层抗震设计基本要求 周鹏杰, 倪修全 (安徽理工大学, 安徽 淮南 232001) 作者简介:周鹏杰(1987 - ),男,本科,浙江绍兴人,在读硕士研究生, 主要从事土木工程结构方面的研究。 摘 要: 过渡层受力比较复杂, 担负着传递上部地震 剪力和倾覆力矩的作用, 且底层框架剪力墙结构和上部砌 体结构刚柔性不同, 地震中容易在此处形成薄弱层, 为此 本文对过渡层进行了受力分析并提出了一些抗震设计的基 本要求, 可以为结构设计人员提供参考。 关键词: 过渡层; 抗震分析; 侧向刚度; 构造要求 中图分类号: TU375 4文献标志码: A 文章编号:1672 -4011(2013)05 -0060 -02 Details for the transformation layer of Multi-story Masonry Buildings with R. C Frames on Ground Floors ZHOU Pengjie, NI Xiuquan (Anhui University of Science Seismic Analysis; the Lateral Stiffness; Construction Requirements 0 前 言 底部框架 - 抗震墙砌体房屋是指底部一层或二层为空 间较大的框架抗震墙结构、 上部为多层砌体结构, 主要由 于底层需要大空间, 而上方各层允许布置较多纵、 横墙的 房屋。 与底部框架 - 抗震墙相邻的上一层砌体楼层就为过 渡层, 其受力比较复杂, 担负着传递上部地震剪力和倾覆 力矩的作用。 从已有的试验结果及各类震害来看, 过渡层 的砌体墙开裂先于其他楼层的砌体墙, 是破坏集中的楼层。 1 底部框架 -抗震墙砌体房屋的过渡层受力特点 底部框架 - 抗震墙砌体房屋是两种不同材料的混合承 重房屋, 两种材料抗震性能不同, 底部框架 - 抗震墙结构 为刚柔性结构, 主要依靠框架来承受竖向荷载, 钢筋混凝 土墙或砌体墙来承受水平地震力。 上部砌体结构是刚性结 构, 依靠砌体(脆性材料)进行抗剪。 上部结构的地震水平 力, 要通过过渡层底板传递给下部的抗震墙, 完成上下层 剪力的重新分配, 协调两种材料的侧向变形, 因此要求过 渡层底板具有足够的水平刚度和平面内抗弯强度。 不会因 其平面内弯曲变形过大, 使框架产生无法承受的柱顶位移, 而导致框架结构失效。 2 地震作用分析 震害表明, 底部框架 - 抗震墙砌体房屋的抗震性能较 差。 在高烈度区, 其抗震性能甚至低于同高度的多层砖房。 由于房屋的竖向刚度在底层和二层之间发生突变, 在底层 产生变形集中, 震害多发生于底层, 表现出“上轻下重”的 震害特点。 底部框架 - 抗震墙的破坏状态一般为延性破坏, 上部砌体部分的破坏状态为脆性破坏。 一般来说底层的框 架 - 抗震墙结构为房屋的薄弱层, 但是由于底层结构的延 性优于上部砌体结构, 因而当底层与第二层的刚度相近时, 有可能由于第二层延性较差而出现薄弱层向第二层转移的 情况。 3 过渡层的构造要求 3 1 过渡层墙体的构造 在竖向均布荷载作用下, 过渡楼层墙体处于压剪或拉 剪应力状态。 试验表明, 过渡楼层墙体的水平承载力降低, 其砖墙开裂先于其他楼层的砖墙, 是形成破坏集中的楼层, 在设计中应采取相应的抗震措施提高墙体的抗剪和平面外 的抗弯能力。 过渡层应适度提高砌筑砂浆的强度等级, 采 取增加构造柱的配筋率和构造柱数量等措施。 过渡层每开 间设置构造柱和圈梁, 形成弱框架体系, 将增强过渡层传 递地震剪力的能力, 增加其延性和耗能能力。 同时对抗震 横墙的最大限值参照 GB50011 -2010建筑抗震设计规范, 见表 1。 表 1 房屋类别 烈度 6789 多层砌体 房屋 现浇或装配整体式钢筋混凝 土楼、屋盖装配式钢筋混凝土 楼、屋盖 1515117 111194 994- 底部框架 - 抗震 墙砌体房屋 上部各层同多层砌体房屋- 底层或底部两层181511- 3 2 过渡层板底的构造 底部框架 - 抗震墙砌体房屋的底层顶板称为过渡层的 底板, 他是连接上部砌体房和底部框架 - 抗震墙结构的重 要构件。 在地震作用下, 过渡层部位应力及变形集中与突 变现象。 由于底层框架、 抗震墙的抗侧移刚度和抗转动刚 度都有较大的差别, 过渡层的底板不仅需要传递水平地震 剪力使其在抗震框架和抗震墙之间得以分配, 因而需具有 较大的水平刚度。 而且过渡层的底板作为上层砖结构的底 面边缘构件还要与上层砖结构形成一体而共同作用, 将上 方各层水平地震作用引起的倾覆力矩分配到底层结构。 倾 覆力矩引起过渡层底板转动, 导致过渡楼层层间位移增大, 受力十分复杂。 所以, 过渡层的底板必须具有较大的整体 性, 为此宜采用现浇钢筋混凝土楼盖以保证其水平刚度, 06 2013年10月 ? 第39卷 总第175期 2013年 第5期 Sichuan Building Materials 并宜设置边缘构件。 混凝土强度不低于 C20, 垂直框架方 向的纵向钢筋应通长设置。 过渡层的底板应采用现浇钢筋 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。 4 侧向刚度比的合理取值 由于底层框架 - 抗震墙砌体结构的底层和上层采用不 同的材料及结构型式, 致使层间侧移刚度相差较多。 故沿 高度方向的弹塑性层间位移分布有其独特特点。 图 1 列出 了底层框架 - 抗震墙砌体房屋在多遇地震作用下各层弹性 层间位移值和罕遇地震作用下各层弹塑性层间位移值。 可 以看出, 在小震作用时, 弹性工作阶段, 弹性层间位移反 应比较均匀; 大震作用时, 弹塑性变形集中。 从层间变形 情况知, 底层和过渡层的弹塑性变形发展比较充分, 是薄 弱层, 在大震作用下将率先屈服, 发生很大的弹塑性变形 集中而可能导致结构倒塌。 由于截面抗震承载力验算是按 小震作用进行的, 局限于弹性工作范围, 薄弱层通常也能 满足抗震承载力验算要求, 计算中很难被发现。 但是在此 类结构中, 这种刚度突变又是不可避免的, 只能在设计中 采取措施予以控制, 使在地震作用下底部框架 - 抗震墙砌 体房屋的弹性层间位移反应比较均匀, 减少在强烈地震作 用下的弹塑性变形集中, 从而提高房屋的整体抗震能力。 重要的措施是通过在底部的纵横向设置一定数量的抗震墙, 控制底部框架 - 抗震墙与上部结构的侧向刚度比, 使底层 抗侧移刚度与上面各层的层间抗侧移刚度尽可能接近。 底 部框架 - 抗震墙与上部砌体结构的侧向刚度比的合理取值 和控制范围, 既应包括弹性层间位移反应得均匀, 又应包 括不至于出现突出的薄弱楼层。 试验研究表明: 1) 过渡层与底层的侧向刚度比在 1 5 左右时, 虽然底 层的弹塑性最大位移反应仍偏大一些, 但是弹塑性变形集 中的现象要好得多, 能够发挥底层框架 - 抗震墙变形和耗 能能力大的抗震性能, 而且上部砌体房屋破坏不严重, 有 利于结构的整体抗震。 2) 当第二层与底层的侧向刚度比小于 1 2, 特别是小 于 1 0 时, 底层钢筋混凝土墙设计得多而大, 底层抗震的 极限剪力较上部多层砌体房屋的各层大,薄弱楼层不再是 底层而是上部砌体房屋层间极限剪力相对较小的楼层。 3) 底层框架抗震墙砌体房屋的第二层与底层的侧向刚 度比宜控制在 1 2 2 0 之间。 当设有钢筋混凝土抗震墙时 可适当放宽, 但不应大于 2 5, 当仅设嵌砌于框架的实心砖 墙时不应大于 2 0。 图 1 5 结束语 通过上述的分析和证明可知, 过渡层受力比较复杂, 且上下部结构材料不同, 刚柔度不同, 在地震荷载作用下, 是破坏集中的楼层, 需要加强构造措施来保证其强度, 如 加强过渡层墙体的构造、 过渡层板底的构造并合理取侧向 刚度比。ID: 000609 参 考 文 献: 1 高小旺,王菁,肖伟. 底层框架剪力墙砖房第二层与底层侧移刚 度比的合理取值J. 工程抗震,1998,2(3):18 -22. 2 梁永朵,姜金征,薛伟,顾娜. 西昌市某多层砌体结构抗震能力 分析及加固建议J. 防震减灾学报,2011,31(2). 3 于红杰. 姚艳红. 砌体结构抗震分析及防震措施J. 科技创新 导报,2009,10(1). 4 郑三锁,薛建阳. 底部框剪砌体房屋抗震分析与设计M. 北 京:中国建筑工业出版社,2002:1 -122. 5 蔡贤辉,李刚,程耿东. 提高砌体结构抗震能力对策及问题 J. 大连理工大学学报,2009,64(5). 6 李崇仁. 砌体结构房屋在水平地震作用下的受力分析J. 昆 明理工大学学报,1997(3). (上接第 59 页) 表 1两种取值方法下承载力比较 h0/ mm as / mm hFlu/ N 插值法新公式法插值法新公式法 Flu/ kN 800 200 9983330 9943959358 4 955482 53 3 875872 400 9966670 9931957756 8 954329 38 3 427424 600 9950 9919956155 2 953176 22 2 978976 800 9933330 9907954553 6 952023 07 2 530528 1000 9916670 9895952952950869 922 08208 1400 200 9483330 9421991594793 1584477 9 10 31529 400 9466670 941152159199015827179 273356 600 9450 9401051589188 1580956 2 8 231427 800 9433330 9390581586385 1579195 3 7 189497 1000 9416670 9380111583582 1577434 4 6 147567 2000 200 8983330 8899872158156 2138105 920 0501 400 8966670 8890332154152 2135813 2 18 33877 600 8950 8880792150148 2133520 6 16 62744 800 8933330 8871242146144 2131227 9 14 91611 1000 8916670 886172142140 2128935 2 13 20478 从表 1 可以看出, 用新公式计算的抗冲切承载力最多 只少了 20 kN, 与总的抗冲切承力相比很小, 说明新公式对 抗冲切承载力计算的影响很小, 在工程实践中可以采用。 5 结 论 1) 本文在比较分析插值法和公式法的基础上, 提出了 计算抗剪切承载力和抗冲切承载力截面高度影响系数的统 一公式, 把二者从形式上统一起来, 且比较新公式和原方 法的取值, 分析了其对高度系数的影响, 并在工程应用中 论证了可行性。 2) 新