摘 要：底部框架-抗震墻砌體房屋是多層砌體房屋中的一種特殊形式，是我國(guó)特有的一種結(jié)構(gòu)形式。分析提高這類房屋整體抗震能力的計(jì)算要點(diǎn)，對(duì)于搞好這類房屋的抗震設(shè)計(jì)是非常重要的。

　　關(guān)鍵詞：底部框架;抗震墻砌體房屋;抗震設(shè)計(jì);計(jì)算要點(diǎn)

　　Abstract: the bottom frame shear wall masonry building of multistory masonry buildings is a special form in our country; it is a special structural form. Analysis of the improvement of the overall housing anti-seismic ability calculation is very important to doing well this kind of building seismic design.

　　Key words: bottom frame; shear wall masonry buildings; seismic design; calculation;

　　中圖分類號(hào)：TU22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)

　　1、前言

　　對(duì)城鎮(zhèn)臨街建筑及居民小區(qū)建筑，經(jīng)常要考慮到商業(yè)經(jīng)營(yíng)和辦公的需要，做成底層框架-抗震墻、上部多層砌體房屋，它的優(yōu)點(diǎn)在于房屋的底部可提供較大較靈活的空間做商業(yè)，在上部可蓋空間規(guī)整、不露柱子，造價(jià)低廉的磚混住宅。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)豎向體系、結(jié)構(gòu)材料體系、結(jié)構(gòu)剛度等多方面，在豎向存在突變，是一種抗震不利的結(jié)構(gòu)體系，本來(lái)應(yīng)該避免采用。但隨著對(duì)此類結(jié)構(gòu)研究的深入，發(fā)現(xiàn)只要合理的設(shè)計(jì)此種結(jié)構(gòu)，還是能達(dá)到一定抗震性能的。

　　2、底部框架-抗震墻房屋的震害及其分析

　　底部框架-抗震墻房屋是由底層或底部?jī)蓪訛榭蚣?抗震墻，上部為多層磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)成。這類結(jié)構(gòu)的底層或底部?jī)蓪泳哂幸欢ǖ目箓?cè)力剛度和一定承載能力、變形能力以及耗能能力;上部多層磚房具有較大的抗側(cè)力剛度和一定的承載能力，但變形和耗能能力相對(duì)較差。這類結(jié)構(gòu)的整體抗震能力既決定于底部和上部各自的抗震能力，又決定于底部和上部的抗側(cè)力剛度和抗震能力的相互匹配程度，也就是不能存在特別薄弱的樓層。震害調(diào)查和試驗(yàn)研究表明，當(dāng)?shù)讓訜o(wú)抗震墻或抗震墻數(shù)量較少時(shí)，底部框架-抗震墻房屋的震害集中在底層框架部分，且墻比柱重，柱比梁重。

　　3、底部框架—抗震墻部分地震剪力的分配

　　水平地震剪力要根據(jù)對(duì)應(yīng)的框架—抗震墻結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的側(cè)向剛度比例，并考慮塑性內(nèi)力重分布來(lái)分配，使其符合多道防線的設(shè)計(jì)原則。

　　3.1抗震墻

　　底部框架—抗震墻側(cè)向剛度中，鋼筋混凝土占有相當(dāng)?shù)谋壤目刂频撞吭O(shè)置一定數(shù)量的抗震墻和底部的二道防線的設(shè)計(jì)原則考慮，抗震墻作為第一道防線，底部的橫向和縱向地震剪力的設(shè)計(jì)值應(yīng)該全部由該方向的抗震承擔(dān)。地震剪力按各地震墻的側(cè)向剛度比例進(jìn)行分配

　　3.2框架

　　在地震作用下，底部抗震墻開裂，抗震墻開裂后將產(chǎn)生塑性內(nèi)力重分布。底部框架作為第二道防線，其抗震性能如何，對(duì)底部框架—抗震墻砌體房屋的整體抗震能力起著很重要的作用。因此，底部框架承擔(dān)的地震剪力設(shè)計(jì)值，可按底部框架和抗震墻的有效側(cè)向剛度比例進(jìn)行分配。有效側(cè)向剛度的取值，框架剛度不折減，鋼筋混凝土抗震墻可乘以折減系數(shù)0.3，磚墻可乘以折減系數(shù)0.2。

　　4、底部框架托墻梁計(jì)算

　　底部框架托墻梁的受力狀態(tài)是非常復(fù)雜的。通過空間有限元分析方法對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行的大量計(jì)算分析工作，總結(jié)了底部框架—抗震墻砌體房屋底部框架托墻梁承擔(dān)豎向荷載的特點(diǎn)和規(guī)律。分析表明，底層框架—抗震墻砌體房屋第一層的框架托墻梁和底部?jī)蓪涌蚣?mdash;抗震墻砌體房屋第二層的框架托墻梁承擔(dān)豎向荷載的特點(diǎn)和規(guī)律是相同的。在不考慮上部墻體開裂的前提下，底部框架—抗震墻砌體房屋的上部砌體墻未開洞時(shí)，對(duì)于其下部框架托墻梁的墻梁作用是較為明顯的。

　　4.1 影響底部框架托墻梁承擔(dān)豎向荷載的主要因素

　　(1)上部砌體部分墻上開洞情況(如跨中開門洞和跨端開門洞等)。

　　(2)上部砌體部分墻中構(gòu)造柱、圈梁設(shè)置情況(如內(nèi)縱墻與橫墻交接處設(shè)置構(gòu)造柱的不同情況及圈梁的截面尺寸等)。

　　(3)上部砌體部分層數(shù)

　　(4)底部框架跨數(shù)

　　4.2底部框架托墻梁內(nèi)力計(jì)算的基本原則

　　在靜力設(shè)計(jì)時(shí)，兩端有框架柱落地的托墻梁及其上部的砌體墻可作為墻梁進(jìn)行計(jì)算。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到實(shí)際地震作用與實(shí)驗(yàn)室條件的差異，“大震”時(shí)梁上墻體嚴(yán)重開裂，若拉結(jié)不良則出平面倒塌，震害十分嚴(yán)重，托墻梁與非抗震的墻梁受力狀態(tài)有所差異，當(dāng)按靜力的方法考慮有框架柱落地的托梁與上部墻體組合作用時(shí)，若計(jì)算系數(shù)不變會(huì)導(dǎo)致不安全，需要依據(jù)開裂的程度調(diào)整計(jì)算參數(shù)。

　　5、底部框架-抗震墻房屋設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

　　5.1 結(jié)構(gòu)布置

　　底部框架-抗震墻房屋的層數(shù)和總高度的限制;房屋抗震橫墻的間距限制，該項(xiàng)限制主要是為了滿足樓蓋對(duì)傳遞水平地震力所需的剛度要求，防止樓板平面出現(xiàn)過大的變形而不能使各層的地震作用傳到抗震橫墻上。上部砌體抗震墻與底部的框架梁或抗震墻應(yīng)對(duì)齊或基本對(duì)齊;房屋的底部，應(yīng)沿縱橫兩方向設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻，并應(yīng)均勻?qū)ΨQ布置或基本均勻?qū)ΨQ布置。底部框架-抗震墻房屋的框架和抗震墻的抗震等級(jí)，6、7、8度可分別按三、二、一級(jí)采用。

　　5.2計(jì)算要點(diǎn)

　　層剛度比的控制，底層框架-抗震墻房屋的縱橫兩個(gè)方向，第二層與底層側(cè)向剛度的比值，6、7度時(shí)不應(yīng)大于2.5，8度時(shí)不應(yīng)大于2.0，且均不應(yīng)小于1.0。控制側(cè)向剛度比，是為了使底部框架-抗震墻磚房的彈性位移反應(yīng)較為均勻，減少在強(qiáng)烈地震作用下的彈塑性變形集中，從而提高整個(gè)房屋的整體抗震能力，防止底部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的側(cè)移而導(dǎo)致建筑物嚴(yán)重破壞。另外,側(cè)向剛度比也不應(yīng)小于1.0，即底層的縱、橫向抗震墻也不應(yīng)設(shè)置的過多，避免底層過強(qiáng)將薄弱層轉(zhuǎn)移到上部的過渡層。在設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員按規(guī)范要求設(shè)置抗震墻后，過渡層與其下相鄰層的剛度比的上限一般較容易滿足，但下限“均不小于1.0”的要求很難滿足。這一現(xiàn)象在底部密柱、層高較低時(shí)表現(xiàn)得尤為突出。碰到這種情況，有以下方法處理：減少底部抗震墻的數(shù)量;在上層墻體結(jié)構(gòu)中增加構(gòu)造柱(在墻體中部);將部分剪力墻延伸到過渡層。

　　6.結(jié)合一工程實(shí)例就利用軟件計(jì)算中需要注意的問題

　　6.1 底層剪力墻的布置和計(jì)算

　　(1)剪力墻的布置應(yīng)“均勻、對(duì)稱、周邊、分散”。對(duì)此，《抗震規(guī)范》對(duì)此有詳細(xì)的敘述，除以上原則外，剪力墻的布置還要考慮上面幾層的質(zhì)心位置，使底層縱橫向的剛心盡可能與整棟房屋的質(zhì)心重合。

　　(2)低矮剪力墻的避免

　　規(guī)范規(guī)定：高寬比小于1時(shí)，可以僅計(jì)算剪切變形;高寬比不大于4且不小于1時(shí)，應(yīng)同時(shí)計(jì)算彎曲和剪切變形。高寬比大于4時(shí)，等效側(cè)向剛度不考慮。高寬比小于1時(shí)，稱為低矮剪力墻，它的變形和耗能能力很差，破壞形式為剪切破壞(脆性破壞)。所以工程中應(yīng)避免使用，或者應(yīng)利用結(jié)構(gòu)縫將其分開。

　　(3)剪力墻開洞口

　　底部框架—抗震墻房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，所布置的抗震墻既要滿足側(cè)移剛度比限值的要求，又要滿足承載力計(jì)算的要求。經(jīng)常遇到承載力驗(yàn)算不滿足，增加抗震墻的數(shù)量或厚度，滿足了承載力驗(yàn)算的要求，但側(cè)移剛度比限值又不滿足了的問題，解決的辦法主要是設(shè)置結(jié)構(gòu)洞口，即采用在鋼筋混凝土抗震墻上設(shè)置洞口并采用輕質(zhì)砌塊材料填實(shí)的方法，將抗震墻的剛度降低，在滿足承載力驗(yàn)算的要求的同時(shí)符合側(cè)移剛度比限值的要求。

　　6.2 底框托梁上的荷載及設(shè)計(jì)

　　因底框托梁承受上部房屋墻體及樓面的荷載較大，如何處理上部荷載對(duì)托梁的設(shè)計(jì)影響成為關(guān)鍵問題。目前，PKPM軟件僅提供了三種方法：

　　(1)全部作為均布荷載作用，此時(shí)用戶輸入的上部荷載折減系數(shù)為1.0;

　　(2)近似地將部分荷載作為均布荷載，其余作為集中荷載作用到柱子上。此時(shí)用戶輸入的荷載折減系數(shù)小于1.0;

　　(3)規(guī)范方法，即考慮墻梁組合作用對(duì)托梁進(jìn)行計(jì)算。實(shí)際設(shè)計(jì)中，一般采用如下規(guī)定：當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度及以上時(shí)，上部荷載不折減，采用方法1，托梁配筋與普通梁一樣按受彎構(gòu)件計(jì)算;當(dāng)設(shè)防烈度為6、7度時(shí)，上部荷載可以考慮折減系數(shù)。當(dāng)輸入的折減系數(shù)不宜太小，一般可輸入0.7～0.9，但不應(yīng)少于四層荷載值。

　　7、結(jié)語(yǔ)

　　底部框架-抗震墻結(jié)構(gòu)作為一種經(jīng)濟(jì)有效的結(jié)構(gòu)形式，適應(yīng)我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。盡管其抗震性能不是很好，但只要設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格按照規(guī)范和人們的實(shí)踐和試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完全能夠滿足人們的需要。

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　　6.《建筑震害與設(shè)計(jì)對(duì)策》黃世敏 楊沈 等編著