工程结构抗震设计论文.doc

浅谈对底部框架抗震墙砖房抗震设计的探讨土木09-3班 张严摘要：基于对底部框架抗震墙结构抗震设计要求的分析，从底部框架抗震墙设计、过渡层设计出发，给出了抗震设计中应注意的几个问题，如：注重概念设计、控制侧移刚度比、使结构体系合理等。合理设计底部框架抗震墙砖房具有较大的抗震能力和良好的抗震性能。关键字：底部框架抗震墙砖房；抗震设计；侧移刚度比；结构体系合理性1 结构抗震设计的要求底部框架抗震墙砖房具有上刚下柔，上重下轻的特点，房屋的震害程度与房屋的平面布置和上下墙体的相对位置，以及上下层的层间侧移刚度比等密切相关。 1.1“强柱弱梁”原则 底部框架抗震墙砖房框架设计遵循的一个基本原则就是：“强柱弱梁”、“强节点弱构件”原则。目的是使框架结构在强烈地震作用下,塑性铰先出现在梁端，后出现在柱端。如果框架的任一柱端先出现塑性铰，可能会引起同一层其它柱端相继出现塑性铰，房屋因此而倒塌。但是底层框架梁因为要承担竖向荷载引起的较大弯矩，截面较大，因而在截面抗弯强度的计算上满足“强柱弱梁”的要求很困难, 所以在构造上特别是箍筋的配置上应尽量实现“强柱弱梁”的设计原则。1.2 结构平面设计讲究均匀性、整体性 建筑平面布置应简洁、规则、对称，并尽可能减少上部砖房单元形式。上部砖房纵横墙均匀对称布置，沿平面内宜对齐，同一轴线的窗间墙宽度宜均匀。楼梯间不设置在房屋的尽端和转角处，烟道、风道等不宜削弱墙体。下部框架抗震墙结构，则要求柱网对应上部砖房布设，尽可能使较多墙体落于柱网上。尽可能的将抗震墙对称分散布置，使纵横向抗震墙相连，纵向抗震墙应布置在外纵轴线，增强抗倾覆能力，避免出现低矮抗震墙(高宽比小于1)，使层间刚度比使得结构的刚度中心与质量中心重合，减少地震作用下结构产生的扭转效应。 1.3 结构立面的均匀性、连续性 底部框架抗震墙砖房结构的显著特点就是“上重下轻”。为尽可能降低结构重心，应严格控制房屋层数和总高，根据建筑抗震设计规范（GN500112001），底部结构层高不应超过4.5m。上部砖房各层建筑功能保持一致，墙体竖向应对称连续。对于出屋面的楼梯间,水箱间由于刚度突变,地震时容易引起鞭稍效应，所以要尽可能地降低层高。只有建筑设计做到竖向规则连续才能保证竖向强度和刚度的均匀性，避免上部砖房出现薄弱层，减少应力集中和变形集中。 2 抗震墙砖房的抗震设计 2.1 底层框架抗震墙的设计 目前，底层框架抗震墙砖房的底层设计归纳起来存在以下三方面的问题： 底层为大商场等有大空间使用要求时，底层抗震墙(一般为砖墙)设置得很少，其底层的侧移刚度比纵横墙较多的第二层小得多。这种结构由于其地震倾覆力矩主要由钢筋砼框架柱承担，使得底层钢筋砼框架柱的承载能力大为降低，底层成为较薄弱的楼层；在强烈地震作用下底层成为弹塑性变形和破坏集中的楼层，危及整个房屋的安全。要解决以上问题，首先，建筑平面布置时，应考虑在适当部位布置一些墙体。其次，采用钢筋砼抗震墙来代替砖抗震墙，一片相同厚度、高度和长度砼墙的抗侧刚度是砖墙的好几倍，既可减少墙面数又能保证底层的侧移刚度。 建筑一面临街，且纵向临街面一般不布置抗震墙，使得抗震墙数量过少，底层平面布置不对称，导致在地震时产生扭转效应而加重房屋的破坏。解决这个问题，应在沿街侧外纵墙上布置一定数量的钢筋砼抗震墙，另一侧外纵墙上布置刚度相当的砖抗震墙，使底层的刚度中心与形心基本重合。 底层沿纵向分成几个较大空间，一些设计方案把分隔横墙设计成为带构造柱、圈梁的砖墙，使得底层的横向与纵向均不能形成完整的框架抗震墙体系。在地震作用下这些分隔墙因侧移刚度大而先开裂，又因其承载能力和变形能力较钢筋永框架差而破坏严重，并且过早的退出工作，产生弹塑性内力重分布，导致底层框架抗震墙部分破坏严重。因此，结构布置时必须将底层布置成纵横向框架抗震墙体系，避免以上问题的产生。2.2 过渡层的设计 抗震墙砖房的二层称为过渡层。此层担负着传递上部的地震剪力和上部各层地震力对底层楼盖的倾覆力矩引起楼层转角对第二层层间位移的增大，因而此层受力复杂，也显得非常重要。对于底部框架抗震墙砖房，当底层按抗震规范要求设置一定数量的抗震墙后，房屋底部的侧向刚度和水平承载力有较大提高；此时如果忽略过渡层墙体的侧向刚度和水平承载力的降低，可能使房屋的过渡层成为薄弱层；由于过渡层砖砌体的变形能力较底层相对较差，因而将降低这种房屋的抗震性能。为避免上述情况发生，应加强过渡层墙体的抗震构造措施。二层构造柱配筋较上部同一位置构造柱配筋加大一级，二层构造柱下端箍筋适当加密，构造柱纵向钢筋锚入底层框架柱、梁内40d；除按抗震规范设置构造柱外，应根据房屋层数、设防烈度适当增设构造柱，尤其是在底层有抗震墙的位置，以改善整个结构传递水平力的性能；另在房屋四周外墙，在纵横墙交接处均宜设构造柱，以增加上部砌体结构与底部钢筋砼框架抗震墙结构的连接和整体性，避免由于房屋上部及底部材质不同，结构的自振频率不完全一致，在地震作用下因上、下部连接不强而在二层楼面处形成脱接。 3 底部框架结构抗震设计中应注意的问题 3.1 注重概念设计 选择对抗震有利的建筑场地，简化建筑体型，讲究规则对称，质量和刚度变化均匀，抗震结构体系合理、明确等是确保抗震设计合理的基本设计内容。同时抗震设计应满足“小震”不坏“，中震”可修和“大震”不倒的设防目标。建筑抗震设计规范（GBJ50011-2001）的第7.1.8条规定，底部应沿纵横两方向均匀对称布置框架抗震墙体系，并重点强调底部抗震墙应是双向、对称布置并纵横抗震墙相连。由于底部框架墙结构中的剪力墙属低矮墙，其抗剪刚度相对较大，如果布置的墙肢较长、平面形式复杂，很容易出现局部刚度过大，受力过于集中的现象，甚至经常出现只布置极少的剪力墙就满足上下层抗侧刚度比限值的情况。如果不作处理，则会造成建筑的刚度中心对质量中心的偏心距较大，地震力作用下会对结构产生扭转效应。 底部框墙结构的柱网不宜过大，一般控制在7.5m左右，并且框架梁上悬墙数目不应超过一道。首先从使用功能上，底框结构大多为商住楼，该跨度对应上部可分割为两开间，无论上部为住宅楼，还是办公楼，开间尺寸都必须以满足砌体结构所能实现的功能。 3.2 严格控制侧移刚度比 现行抗震规范对底层框架砖房第二层与底层的侧移刚度比不仅会影响地震作用下的层间弹性位移，而且对层间极限剪力系数分布、薄弱楼层的位置和薄弱楼层的弹塑性变形集中都有很大影响。因此应严格的限制侧移刚度比，设计中并对此作控制性验算。这是因为该比值分析结果表明，当2时，在强烈地震作用下会造成薄弱的底层弹塑性变形集中，弹性位移增大，会加速底层的破坏；但当1.2，特别是1.0时，由于底层纵横向抗震墙设计过多，底层过强，又会使薄弱楼层转移到上部抵抗变形能力相对较差的砖房层，这也是不利的。所以，规范GBJ50011-2001规定，6度、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0，实际设计时控制在1.5左右为宜。 3.3 结构体系要合理 底部框架砖房的底层或底部两层均应设置纵横向的双向框架体系，因为底部的地震剪力按各抗侧力构件的刚度分配，在这些结构混用的体系中，砖墙较框架的抗侧力刚度大得多，在地震作用下，砖墙先开裂破坏，而砖墙的变形能力较框架要差得多，这样会形成砖墙构件先退出工作，导致加重半框架或部分框架的破坏。 结论 底部框架抗震墙砖房上部和底部抗震性能差异较大，由于其结构形式特殊，设计不合理讲导致地震时的严重破坏。设计房屋的平面规则对称、控制底层和过度层的刚度比，合