底部框架—抗震墙房屋

底部框架—抗震墙房屋（精选4篇）

底部框架—抗震墙房屋 第1篇

底部框架—抗震墙砌体房屋底部大空间可以设置商场、停车库等,而其上部可设置住宅、办公室等。这种结构形式的钢筋混凝土框架结构节约造价20%～30%,同时又具有框架结构大空间便于灵活布置的使用特点,且施工简单、工期短。因此这种结构形式使用得较为普遍。在经济发展较为滞后的地区尤为适用,正是有这种广泛的需求。这种结构属于砌体结构,且由于其上下部刚度变化较大,如果不进行有效的抗震设计,其抗震能力将会较低。本文主要探讨这种结构的转换层的设计研究,可以供工程技术人员参考。

1 转换层的墙体设计

底部框架—抗震墙砌体房屋的第二层、底部两层框架砌体房屋的第三层均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,在设计中应采取相应的抗震措施提高墙体的抗剪能力。因此在设计中使过渡层的墙体设计与上部各层一样,将降低房屋的整体抗震能力。建议对这类房屋过渡层的设计应采取下列措施:

1)相对于一般楼层适度提高砌筑砂浆和块体的强度等级。2)增大构造柱的配筋率和增加构造柱的数量等。3)过渡层应在底部框架柱对应位置处设置构造柱,构造柱的纵筋应锚入框架柱内。当纵筋锚固在框架柱内时,框架柱的相应部位应加强。4)过渡楼层宜每开间设置构造柱和圈梁,形成弱框架体系。5)应有严格的保证过渡层抗震能力的构造措施,如:a.钢筋混凝土构造柱设置。底部框架—抗震墙砌体房屋的过渡楼层受力较复杂,因此,在纵横交接处均应设置钢筋混凝土构造柱,其截面不应小于240 mm×240 mm,纵向受力钢筋不小于4 16,受力筋的锚固长度不小于35d,箍筋部距不宜大于200 mm,且在柱上下端500 mm范围内箍筋间距不大于100 mm。b.圈梁设置。钢筋混凝土圈梁应在纵、横两个方向的每一轴线上设置,断面不应小于240 mm×240 mm,配筋不小于4 12,最大箍筋间距不大于200 mm。c.过渡层外纵墙加强措施。由于底部框架—抗震墙砌体房屋的过渡层的位移比较大,因此应在过渡层外纵墙窗台板下设置钢筋板带,板厚不小于60 mm,宽240 mm,配筋宜采用2 6,且应锚入两端构造柱内。

2 转换层上下层侧移刚度比设计

震害调查和试验研究表明,当底层抗震墙很少时,震害将会集中在底部框架—抗震墙部分,且墙比柱重,柱比梁重。主要是结构在刚度方面上刚下柔,在抗侧力强度方面上强下弱,使得底层框架(或框架—抗震墙)因变形集中、位移过大而破坏。在地震作用下,底层的层间弹性位移较上层的大得多,加上由于上部结构的倾覆力矩作用几乎全部由底层框架柱承担。因此,底部框架柱的弹塑性变形集中会非常明显,在抗震墙受到破坏退出工作以后,薄弱层处的框架柱不但需要很大的延性,还需要抵抗由于P—Δ效应引起的倾覆力矩,这使得结构很难保证大震不倒。另一方面,若底层刚度大于上部砖混结构刚度,则可能使薄弱层转移至过渡层,过渡层的延性不如底部,易产生脆性破坏。

底部框架—抗震墙砌体房屋的过渡层和底层的侧向刚度比要控制在一个合理的范围内。规范对底层框架—抗震墙房屋的过渡层和底层的侧向刚度比进行控制,主要目的是减少底部的薄弱程度,防止底部结构出现过大的侧移而严重破坏,甚至倒塌。同时也防止过渡层出现薄弱层。当底部框架—抗震墙砌体房屋的纵横两个方向,第二层与底层侧向刚度的比值小于1.0时(在解决底部楼层承载力不足时容易出现该情况),解决的办法是设置结构洞口,即在钢筋混凝土抗震墙上设置洞口并采用轻质砌块材料填实的方法,将抗震墙的刚度降低。另一个好办法是在钢筋混凝土抗震墙中设置竖缝,既降低了混凝土抗震墙的刚度,又提高了混凝土抗震墙的抗震能力和延性。

3 转换层上下层强度比设计

对房屋不同使用功能的要求,造成结构沿高度的承载力和刚度存在很大的差异。由于相邻楼层的承载力和刚度相差较大,地震作用时容易在这些部位形成结构的薄弱层,在中强地震作用下,结构进入弹塑性状态,结构的薄弱楼层将产生变形集中,其变形值数倍于其他楼层,薄弱楼层的变形大小决定了结构的破坏状态。国外的规范对于容易出现薄弱层的房屋不仅注意控制楼层间的相对刚度,也很注意控制楼层间的相对强度。刚度不足的楼层称为柔层,而强度不足的楼层称为弱层。历次大地震的震害表明,结构竖向设计上带来的上下楼层承载力的突变,给建筑物造成很大破坏,甚至是整个房屋的倒塌。所以很有必要提高和改善薄弱楼层的抗震能力,防止楼层间出现强度不均匀。

底部框架—抗震墙砖房底部具有较强的承载、变形和耗能能力一般为延性破坏上部砖房部分具有一定的承载能力但变形和耗能能力相对较差,为脆性破坏。因此,此类结构薄弱楼层的判断不能简单地通过比较楼层屈服强度的大小。

在水平地震作用下,这种结构楼层的强弱程度可由楼层屈服强度系数ζ的大小来判断。层间屈服强度系数是指楼层实际受剪极限承载力与其弹性反应地震剪力之比,按下式计算:

其中,Vu(i)为第i层楼层受剪极限承载力;Ve(i)为第i层的弹性地震剪力。

结构楼层屈服强度系数ζ沿竖向分布的均匀性,有助于提高房屋的整体抗震能力。因此,对底部框架—抗震墙房屋应限制出现薄弱楼层。对弱楼层建议按下述方法控制:

0.8≤ζ(i)/ζ(i+1)≤1。

4 转换层的楼板设计

底部框架—抗震墙砌体房屋的第二层楼盖通常称为过渡层或转换层楼板,它是连接上部砌体房屋和底部框架—抗震墙结构的重要构件,并作为上部砖结构的底部边缘构件与上层砖结构形成一体,共同担负起上面各层水平地震力引起的倾覆力矩在底部构件之间的分配。所以在设计中应保证有足够的水平刚度来传递、分配楼层的水平地震剪力,采用刚性楼盖是保证同一层内抗侧力构件共同受力的关键,也是各抗侧力构件按各自侧移刚度分配地震作用的保证。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。下部框架—抗震墙结构为刚柔性结构,主要依靠框架来承受竖向荷载,砌体墙、剪力墙来承受水平地震力。上部砌体结构是刚性结构,依靠砌体来进行抗剪。上部结构的地震作用要通过转换层楼板传递给下部的砌体抗震墙、混凝土抗震墙,完成上下层剪力的重新分配,协调两种材料的侧向变形,因此要求转换层楼板具有足够的水平刚度和充分的平面内抗弯强度。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。所以设计中转换层楼板应采用厚的现浇钢筋混凝土楼板。

建议采用厚度不小于120 mm的C30现浇钢筋混凝土楼板,并双向通长配置钢筋网,且保证每层每个方向配筋率在0.25%以上。建议上部砌体房屋也采用现浇楼、屋盖。

5 结语

转换层的结构设计是底部框架—抗震墙砌体房屋设计的一个关键内容,本文重点探讨了转换层的墙体设计、楼板设计以及侧移刚度比和强度比的控制可供工程技术人员参考。

参考文献

[1]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.

[2]梁兴文,王庆霖,梁羽风.底部框架剪力墙砖房1/2比例模型拟动力试验研究[J].土木工程学报,1999(2):14-21.

[3]高小旺,王菁,肖伟,等.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(3):18-22.

底部框架—抗震墙房屋 第2篇

关键词：底部框架,抗震墙,砌体结构,抗震能力,弹性分析

0 引言

根据贾强, 孙建平[2]对四川汶川地震中20 多栋底部框架—抗震墙房屋震害的调查统计, 结果表明: 占总数的19. 1% 房屋为基本完好和局部损坏, 占总数的61. 9% 房屋属于严重破坏, 仅占总数的14. 3% 房屋为上部砌体坍塌, 由此调查可知地震能量大部分被底部框架吸收, 只有少部分被上部砌体吸收。通常认为底部框架—抗震墙房屋的底层刚度小于上层刚度而形成“底柔上刚, 头重脚轻”结构体系, 在地震等侧向作用下, 可能出现因底层破坏而发生结构连续倒塌。设计中需加强底部框架结构, 以防止结构连续倒塌。

又根据张宜磊, 李清洋等[3]对四川汶川地震中遭受破坏的底部框架—抗震墙砌体结构的侧向刚度和楼层极限承载力的计算分析及与实际震害进行比较分析, 结果表明错误的把底部结构做的太强, 容易将结构的薄弱层转移至上部砌体过渡层, 上部砌体发生脆性破坏, 甚至上部倒塌。

综上可知, 底部框架—抗震墙砌体结构作为一种特殊的结构形式, 与其他类型的结构形式受力机理相比较, 有其自身的复杂性。该结构类型整体抗震性能既取决于底部框架和上部砌体两部分自身的抗震能力, 又取决于上部结构与底部结构抗侧力刚度和抗震力的匹配程度。

1 对底部框架—抗震墙砌体结构设计重难点的剖析

1) 上部砌体墙与下部框架不匹配。底部框架—抗震墙砌体通常上部功能为民用住宅, 房间分割多, 跨度小, 墙体数量多, 而下部则相反, 下部功能一般为临街商铺或车库, 要求大空间, 大跨度等, 相互矛盾的布置叠加在一块就造成上部许多承重墙无法落于框架梁和抗震墙上, 造成次梁转换, 难以实现结构简洁, 传力明确的要求。

2) 抗震墙的布置。抗震规范要求: 房屋的底部, 应沿纵横两方向设置一定数量的抗震墙, 并应均匀对称布置。其中8 度时采用钢筋混凝土抗震墙。但限于建筑使用功能, 外纵墙几乎均大开门或窗, 抗震墙布置难以满足规范要求。

3) 上部砌体的布置。上部砌体纵墙从建筑功能及使用角度考虑, 通常都大量开设门窗洞, 纵墙开洞面积过大, 在高烈度区经常超过规范要求。更甚者砌体结构顶部因使用所需取消部分横墙, 扩大房间使用空间, 这样就造成结构竖向刚度的多次转变, 结构受力复杂。。

4) 楼梯设计。多次地震震害调查均表明楼梯是地震作用下逃生及紧急避难的“安全岛”, 楼梯的合理设计成为保障生命安全的重要防线, 而两种不同结构形式的叠加, 楼梯又是唯一将其连为一体的竖向构件, 楼梯设计的重要性不言而喻。

2 对抗震能力的评估及结构的概念设计

1) 结构抗震能力的评估。目前结构抗震能力评估方法有许多, 其中应用最广的为目标位移法和能力谱法。目标位移法一般指规范上提供的容许层间位移角法即根据结构在地震等侧向剪力作用下所确定的位移角, 并与规范规定的容许层间位移角比较, 判断是否满足要求。能力谱法一般指根据结构需求谱与能力谱交汇点 ( 性能点) 确定位移值, 与目标位移值比较进而判断是否满足要求。本文将采用目标位移法对算例中结构的抗震能力进行评估。

2) 结构的概念设计。根据现阶段结构工程与地震科学的发展水平, 结构设计还很难达到精确的量化, 对各种结构和构件抗震性能的实验和过去经验的总结可以保证结构设计的质量。对底部框架—抗震墙结构规范根据结构受力特点从概念上做了一系列的规定: 上部砌体墙与底部框架梁对齐; 底部纵横两个方向设置一定数量的抗震墙, 并均匀对称布置; 砌体过渡层与底部框架刚度比; 采用整体性好的基础等, 从而使结构设计质量得以保证。在概念设计理念下进行设计, 并加强结构构造措施, 是现行结构设计实现精确量化的可靠手段。

3 算例

1) 工程概论: 太原市某小区设计20 多栋砌体住宅, 其中临街2 栋想充分利用底部商业价值, 设计成5 层砌体结构, 其中底部2 层为框架—抗震墙结构。太原市属高烈度区, 抗震设防烈度8 度, Ⅲ类场地, 底部抗震混凝土墙外墙370, 内墙240, 均与上部砌体墙对齐, 框架柱截面尺寸为500 mm × 500 mm, 梁跨度纵向为5 900 mm /7 100 mm, 横向为3 000 mm /2 400 mm /4 500 mm, 框架梁截面尺寸为300 mm × 720 mm/370 mm × 720 mm, 转换次梁截面尺寸300 mm × 600 mm, 底部抗震墙上均设框架梁且与相邻跨框架梁截面相同; 框架梁柱及抗震墙混凝土强度等级均为C30, 上部砌体抗震墙外墙厚为370 mm, 内墙厚均为240 mm, 砖强度等级为MU15, 砂浆强度等级为M10, 楼, 屋盖均采用现浇钢筋混凝土楼板, 过渡层楼板厚度120 mm, 其余楼板厚度100 mm, 层高: 1 层~2 层3 600 mm, 3 层~ 5 层2 900 mm。底部框架布置平面图及上部砌体布置平面图如图1, 图2 所示。

2) 多遇地震下弹性分析: 根据底部框架—抗震墙砌体结构的受力特点及掌握的该结构的设计理念, 根据上部砌体合理布置下部框架柱梁及抗震墙, 平面布置图详见图1, 图2。

分析中针对底部框架—抗震墙砌体结构, 需要考虑砌体结构和钢筋混凝土框架抗震墙结构的不同抗震性能, 计算中输入不同的质量密度及弹性模量, 其中砌体按各向均匀材质考虑。经计算楼层刚度比如下: x向, n2/ n1= 1, n3/ n2= 1. 04; y向, n2/ n1= 1, n3/ n2= 1. 24; 满足抗震规范GB 50011—2010 对砌体过渡层与底部框架的刚度比要求。

底部2 层框架—抗震墙最大层间位移角: 1 层, θx= 1 /1 773, θy= 1 /2 010; 2 层, θx= 1 /1 632, θy= 1 /2 144, 满足钢筋混凝土框架—抗震墙结构弹性层间位移角限值。底部抗震墙抗剪截面验算: x向SA × f V = 9. 71 × 1. 43 × 1 000 = 13 885. 3 > 9 739 ( 底部剪力) ; y向SA × f V = 9. 99 × 1. 43 × 1 000 = 14 288. 2 > 9 739 ( 底部剪力) , 实现抗震规范GB 50011—2010 中纵横地震剪力设计值全部由该方向的抗震墙承担的规定。

综上所述, 该结构在多遇地震下满足要求。

3) 罕遇地震下弹塑性时程分析: 为进一步验证该结构在罕遇地震下结构弹塑性变形及抗震性能, 对该结构做进一步罕遇地震下的弹塑性时程分析, 找出结构的薄弱层及薄弱构件, 并采用加强措施。

本工程按特征周期0. 50 s, 地震加速度时程最大值400 cm/s2选择了7 条波, 其中5 条为天然波, 2 条人工波做罕遇地震弹塑性时程分析, 分析结果表明本工程底部2 层框架—抗震墙结构的罕遇地震下弹塑性层间位移角最大值为 θx= 1 /400, θy= 1 /481, 满足抗震规范GB 50011—2010 对弹塑性层间位移角限值要求。但同时也发现砌体过渡层弹塑性层间位移角最大值比较大, 大震下可能会有较严重的破坏。根据分析结果, 在设计阶段加强了过渡层构造要求: 加大过渡层构造柱截面及配筋, 加强了墙内水平通长筋的设置, 窗台标高处设置纵横向混凝土带等加强措施。

根据结构破坏形式, 有目标的局部加强将事半功倍, 最终实现结构安全可靠。

4 结语

1) 结构设计时应对该类型结构的受力特征有深入的了解, 根据受力特征形成结构概念, 掌握结构分析的重难点, 进行有目的分析, 实现结构设计的合理性。

2) 通过本文, 可以认为合理的设计能实现对底部框架—抗震墙结构的抗震设计要求。

3) 由于该结构由两种不同材质及结构形式组成, 突破结构常规理解但最终实现可靠设计, 可以利用本文的分析方法, 对其他复杂结构分析提供一种分析思路。

4) 重视楼梯的设计, 突出楼梯“安全岛”的作用, 上部砌体结构整体性好, 刚度大, 扭转位移小, 楼梯可以与砌体墙设计为一体; 而下部框架—抗震墙结构中楼梯应设计成滑动支座, 不传输水平作用, 避免楼梯在地震中参与抗侧力首先破坏, 失去逃生通道。

参考文献

[1]GB 50011—2010, 建筑抗震设计规范[S].

[2]贾强, 孙建平.汶川地震底框结构建筑物震害调查[J].山东建筑大学学报, 2008, 23 (6) :560-564.

底部框架—抗震墙房屋 第3篇

1 底层抗震墙设计中存在的主要问题

底层框架—抗震墙房屋的底层抗震墙设计中常存在着一些问题:1)抗震墙位置偏于一侧,造成底层刚度中心和质量中心存在明显的偏差,容易因扭转而引起结构的破坏;2)抗震横墙间距不满足规范要求;3)抗震墙墙肢的长度差别较大,部分墙肢的长度超过8 m,造成该墙肢受力过于集中,不符合设置多道抗震防线的概念设计要求[4];4)底层钢筋混凝土抗震墙设置数量不当,使过渡层与底层侧向刚度比不满足规范要求,形成明显的薄弱楼层。

2 底层抗震墙的布置

1)针对以上1)的问题,底部抗震墙宜沿纵横两个方向均匀对称布置,尽量使纵横抗震墙相连,如将钢筋混凝土抗震墙做成L型,T型或∏型等,以增强结构抗扭能力;宜在房屋的尽端、楼电梯间两侧及平面刚度有变化的转角附近布置一定数量的抗震墙并尽量避免在这些墙体上开洞,以加强建筑物各大转角的抗震能力;另外,抗震墙宜布置于上层砖房设有砖抗震墙轴线处,且最好布置在外围或靠近外墙处,以获得最大的抗扭刚度。应避免布置抗震墙于一端或一侧,以免造成地震扭转破坏。2)针对以上2)的问题,为保证底层的空间刚度和协调变形,GB 50011-2001建筑抗震设计规范对抗震横墙最大间距做了明确规定,即在设防烈度为7度,8度,9度时分别取21 m,18 m和15 m。3)针对以上3)的问题,底层抗震墙高度往往小于长度,其高宽比往往小于1.0,属低矮抗震墙,以受剪为主,由剪力引起的斜裂缝控制其受力性能,其破坏形态为剪切破坏。如果抗震墙墙肢较长,则很容易出现局部刚度过大、受力集中等现象。因此,规范规定:抗震墙周边应设置梁(或暗梁)和边框柱(或框架柱)组成的边框,较长的抗震墙可设竖缝处理,以提高底层的变形和耗能能力。文献[5]进行了带边框开竖缝钢筋混凝土低矮墙的试验研究,指出:采用带边框开竖缝钢筋混凝土墙,其弹性刚度较大,后期刚度较稳定,达到最大荷载后,其承载力没有明显降低,而变形能力和耗能能力有较大提高,竖缝两侧由暗柱和边框梁组成,钢筋混凝土墙的高宽比宜为1.5左右。即在一道低矮抗震墙中可仅开一道竖缝。4)在地震作用下,抗震墙作为主要抗侧力构件是第一道防线,当抗震墙遭受一定的破坏,吸收相当的地震能量后,其刚度降低或部分退出工作。此时,框架部分作为第二道防线开始作用。由此可见,底部框架层通过合理地设置钢筋混凝土抗震墙还可以达到设置多道抗震防线的目的,很大程度上提高了结构体系的抗震性能。

3 底层抗震墙的设置数量

在地震作用下,如果底层框架—抗震墙房屋的弹性层间位移反应均匀,且在强烈地震作用下的弹塑性变形集中较小,就能提高房屋的抗震能力。对于这类房屋,一般平、立面对称布置,各楼层质量分布基本均匀,故结构的弹性和弹塑性层间位移反应是否均匀,主要取决于结构层间侧向刚度沿楼层高度的分布[6]。

大量的试验和分析结果表明,由于底层钢筋混凝土框架的侧向刚度相对比较小,底部框剪层的侧向刚度主要由抗震墙的多少来决定。也就是说,过渡层与底层的侧向刚度比主要取决于底层抗震墙数量的多少,如抗震墙设置数量过少,致使过渡层与底层的侧向刚度比过大,则底层成为明显的薄弱楼层;相反,如底部剪力墙设置数量过多,使过渡层与底层的刚度比小于1.0,则造成薄弱层的向上转移到砌体层。可见,薄弱楼层位置是相对而言的。由于砖砌体层的变形耗散能力和延性性能远比框剪层差,这不仅使抗震设计不够经济,而且在罕遇地震作用下砖砌体层将会产生很严重的破坏集中现象。因此,上述两种情况设计中都应该避免出现。GB 50011-2001建筑抗震设计规范在总结历次震害经验的基础上,给出了不同设防烈度下过渡层与底层侧向刚度比的限值,6度,7度区时不应大于2.5,8度区不应大于2.0,且均不应小于1.0,宜控制在1.2～2.0之间[7]。该规定为抗震墙设置的数量提供了依据。

因此,合理地设置钢筋混凝土抗震墙数量,对于提高此类房屋的整体抗震能力具有重要意义。文献[3]指出,底层框架—抗震墙房屋底层抗震墙的设置数量由抗震横墙最大间距、砌体过渡层与底层的侧向刚度比限值及框剪层的弹塑性位移等限值来控制,并提出了抗震墙数量可采用两重或三重约束的简化方法确定。关于抗震墙数量的具体讨论可参考文献[8]。

4 抗震墙构造措施

1)抗震墙周边应设置梁(或暗梁)和边框柱(或框架柱)组成的边框,并现场浇筑,混凝土强度等级不应低于C30;边框梁的截面宽度不宜小于墙板厚度的1.5倍,截面高度不宜小于墙板厚度的2.5倍;边框柱的截面高度不宜小于墙板厚度的2倍。2)抗震墙墙板的厚度不宜小于160 mm,且不应小于墙板净高的1/20;底层框剪砌体房屋的底层抗震墙宜开设洞口形成若干墙段,各墙段的高宽比不宜小于2(通常按2中3)所述,取1.5左右)。3)抗震墙的竖向和横向分布钢筋配筋率均不应小于0.25%,钢筋直径均不应小于8 mm,并应采用双排布置;双排分布钢筋间拉筋的间距不应大于600 mm,直径不应小于6 mm。4)抗震墙的约束边缘构件和构造边缘构件应按抗震规范抗震墙结构关于相关部位的规定设置。

5 结语

底层框架—抗震墙房屋抗震设计中应高度重视底层抗震墙的设计,应从抗震墙的合理布置、设置数量和构造措施等方面加以控制,既要注重抗震计算,又要强调概念设计,充分发挥抗震墙的抗震性能和作用,以使房屋具备良好的整体抗震能力。

摘要：结合工程设计中底层抗震墙存在的主要问题,从抗震墙的合理布置、设置数量和构造措施等方面提出了相应的解决措施和设计要点,以充分发挥抗震墙的抗震性能和作用,从而提高房屋的整体抗震能力。

关键词：抗震墙,侧向刚度比,薄弱楼层,构造措施

参考文献

[1]GB 50011-2001,建筑抗震墙设计规范[S].

[2]郭继武.建筑抗震设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.16-17.

[3]郑山锁.底部框剪砌体房屋抗震分析与设计[M].北京:中国建材工业出版社,2002.21-22.

[4]李建宁.底部框架—抗震墙结构设计要点和常见问题[J].江苏建筑,2002(2):19-20.

[5]高小旺.带边框开竖缝钢筋混凝土低矮墙的试验研究[J].建筑科学,1995(4):33-34.

[6]高小旺.底层框架抗震墙砖房竖向均匀性探讨[J].建筑结构,1998(4):36-37.

[7]郑山锁.底部框架—抗震墙砖房的抗震设计[J].工业建筑,2002(6):8-9.

[8]郑山锁.底部框架—抗震墙砖房框剪层抗震墙数量的合理确定[J].工业建筑,2001(5):28-29.

底层框架抗震墙房屋的结构设计 第4篇

底部框架-抗震墙房屋, 是指建筑物底层或底部两层为钢筋混凝土框架-抗震墙结构, 上部几层为纵横墙较多的砖 (砌体) 墙承重结构。这种房屋的底层或底部两层可获得较大空间, 可作为商店、餐厅等, 上部楼层可作为住宅、办公等用房, 多用于临街的建筑。这种结构具有较多层钢筋混凝土框架房屋造价低和便于施工等优点, 但抗震性能较差, 底部宜作成一层框架-抗震墙结构。《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001) (以下简称《抗规》) 把底部为一层框架-抗震墙房屋称为底层框架-抗震墙房屋。如何保证地震区的底层框架-抗震墙房屋具备较好的抗震性能, 满足抗震设防的要求, 是结构设计的重点、难点。

2、工程概况

邯郸市城投市政公用建设动迁有限公司所开发的综合楼, 共5层, 底层用于开敞办公 (或商店、餐厅) , 需要较大的使用空间, 层高3.6米, 上部4层为办公用房, 层高3.2米, 主体总高17.0米, 无地下室。结构型式采用底层框架-抗震墙结构。抗震设防烈度为7度, 设计基本地震加速度为0.15g, 设计地震分组为第一组, 建筑抗震设防标准为丙类, Ⅲ类场地。结构计算采用中国建筑科学研究院PMCAD软件 (2005年11月版) 。

3、结构设计

该建筑原方案未设缝, 建筑总长约为63.0米, 超过《砌体结构设计规范》 (GB50003-2001) 伸缩缝最大间距限值 (50.0米) 较多, 为了避免和减少常见的由建筑物超长所导致的温度裂缝, 经与建筑协商, 在建筑物中间部位断开, 设100mm宽变形缝。本工程结构设计 (建模计算) 对变形缝两侧部分分别进行。

为保证地震剪力传给抗震横墙, 应使抗震横墙间距不能太大, 对抗震横墙间距的规定见《抗规》7.1.5条。本工程7度设防, 间距不得大于18.0米。本工程上部楼层用于办公, 开间较大 (3.6~4.2米) , 且与一般住宅相比, 横墙较少。据《抗规》7.1.8条, 地震烈度为6、7度且总层数不超过5层的底层框架-抗震墙房屋, 允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙。但结合本工程的实际情况, 经多方案比较、反复试算, 决定采用钢筋混凝土抗震墙。《抗规》要求底层框架-抗震墙房屋的纵、横两个方向, 第二层与底层侧向刚度的比值, 6、7度时不应大于2.5, 且不小于1.0。这是因为若要提高房屋的整体抗震能力, 就应使在地震作用下弹性层间位移反应均匀, 并减少在强烈地震作用下的弹塑性变形集中 (即不至于出现突出的薄弱楼层) , 这是控制层间刚度比的原因。布置底层框架-抗震墙房屋抗震墙时, 应注意两点: (1) 上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐; (2) 底框部分纵、横两个方向的抗震墙, 应均匀对称布置或基本均匀对称布置。

底框结构底部抗震墙的位置、数量由构造要求和层间刚度比控制。一方面, 应满足抗震横墙间距和均匀对称布置等要求;另一方面又要满足层间刚度比的要求。在布置抗震墙的过程中, 极易出现低矮抗震墙 (高宽比小于1的钢筋混凝土抗震墙) 。由于低矮抗震墙抗侧力刚度和承担的地震剪力较大, 变形和耗能能力较差, 破坏形式为剪切破坏, 一旦墙体开裂或丧失承载能力, 将对其他抗侧力构件产生很不利影响。故在实际工程中应避免使用。为此, 底层框架-抗震墙房屋的底层钢筋混凝土抗震墙, 宜开设洞口形成若干墙段, 各墙段的高宽比不宜小于2。对于不便开设洞口的带边框低矮抗震墙, 应在墙中设置竖缝使墙体分成两个或三个高宽比大于1.5的墙板单元。本工程将所有易形成低矮抗震墙的墙段均采用开竖缝的方式处理, 使之分成几个墙段。在结构建模时, 在缝两侧分别设节点, 将各墙段作为独立墙体分别输入。抗震墙开竖缝采取的具体构造措施如下: (1) 开100mm宽的竖缝至梁底, 使墙体分成两个或三个高宽比大于1.5的墙板单元, 水平钢筋在竖缝处断开; (2) 竖缝处放置两块预制的钢筋混凝土板, 每块厚50mm, 宽度与墙厚相同; (3) 竖缝两侧设暗柱, 其截面范围为1.5倍墙厚, 其纵筋、箍筋根据计算结果配置, 且纵筋不小于4φ16, 箍筋直径不小于φ8, 间距不大于200; (4) 边框梁箍筋除满足规范加密要求外, 还应在竖缝两侧1.0倍梁高范围内加密, 箍筋间距不应大于100mm。经过反复比较, 调整抗震墙的布置, 变形缝两侧的层间刚度比均满足规范要求, 具体结果如下:缝左侧, K0=1.49, K90=1.44;缝右侧, K0=1.40, K90=1.65。底层框架柱、抗震墙布置见图1、2所示。

底层框架-抗震墙房屋是由两种材料和承重体系组成的结构体系, 其过渡楼层 (第2层) 受力复杂, 担负着传递上部的地震剪力和倾覆力矩等作用, 必须采取相应的抗震构造措施。《抗规》规定过渡层的底板 (本工程即首层顶板) 应采用现浇钢筋混凝土板, 板厚不应小于120mm, 并应少开洞、不开洞, 当洞口尺寸大于800mm时, 洞口周边应设置边梁。由于本工程上部为办公用房, 开间较大, 首层底框榀距亦较大, 最大为8.4米, 最终确定过渡层的底板厚度为140mm。过渡层除在所有横墙 (轴线) 与内、外纵墙的交接处和楼梯间四角设置构造柱外, 在所有外纵墙上3.9~4.2米开间的不小于2.1米的洞口两侧、内纵墙上相应开间的门洞边以及长度大于5.0米的横墙中部增设构造柱, 截面240mm240mm纵墙4φ16, 箍筋φ6@100/200, 且要求纵向钢筋锚入下部的框架梁、柱内长度不小于40d。另外, 每层均设圈梁, 断面240mm240m m, 4φ12, 箍筋φ6@100/200 (箍筋加密范围为构造柱两侧各500mm范围内) 。为提高过渡楼层的抗弯能力, 在该层外纵墙的窗台板下设置60mm厚, 240mm宽的配筋混凝土带, C20砼, 3φ6, 且锚入两侧构造柱内。过渡层平面布置见图2所示。

据《抗规》7.1.10条, 本工程底层框架和抗震墙的抗震等级为二级 (设防烈度7度) 。其构造要求应满足规范有关规定。值得一提的是, 由于过渡层构造柱要锚入框架梁内, 相应部位框架梁要加强, 且抗震墙开竖缝处框架梁亦要采取加强措施, 结合《抗规》7.5.4条 (强条) , 本工程框架梁均全长加密。 (注:本工程框架柱尺寸500500;主要框架梁尺寸350900、350600、350500等;抗震墙厚内、外纵墙240, 横墙200。单位:mm)

为增强结构整体性, 并结合地质条件, 本工程采用筏板基础。屋顶板厚均为120mm, 且在板上皮未配筋表面设置双向钢筋网片φ6@200, 并与支座筋搭接。

4、结语

历次地震中, 底层框架-抗震墙房屋震害均较严重, 做好此类房屋的结构设计, 满足抗震设防的要求, 关键是调整好底层抗震墙的布置, 使之满足层间刚度比及构造要求, 这是难点所在。对过渡层采取加强措施, 是概念设计的重要内容。工程实践表明, 只有通过反复试算, 多方案比较, 精心设计, 才能满足《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001) 的相关要求。

参考文献

[1] 建筑抗震设计规范 (GB50011- 2001) .中国建筑工业出版社, 2001

[2] 砌体结构设计规范 (GB50003- 2001) .中国建筑工业出版社, 2001

[3] 高小旺 龚思礼等. 建筑抗震设计规 范理解与应用. 中国建筑工业出版 社, 2003