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底層框架抗震墻的抗震設(shè)計
底層框架抗震墻的抗震設(shè)計【1】
【摘要】隨著當(dāng)前社會發(fā)展中，人們對房屋建設(shè)和施工要求的不斷提高。
在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中底層框架結(jié)構(gòu)逐步成為當(dāng)前設(shè)計的重點，更是保證建筑工程在設(shè)計和應(yīng)用中抗震性能和質(zhì)量完整的關(guān)鍵。
底層框架結(jié)構(gòu)在當(dāng)前房屋抗震設(shè)計中是不可忽視的設(shè)計方法。
本文就當(dāng)前底層框架抗震墻磚房的抗震設(shè)計進行分析與淺述。
【關(guān)鍵詞】框架;砌體;抗震
隨著近年來社會不斷發(fā)展中，人們對房屋質(zhì)量要求的不斷增加，在房屋施工和設(shè)計的過程中，對其各個性能要求日益提高和增加。
地震作為近年來對房屋危害的主要形式，其在設(shè)計的過程中對房屋抗震性能要求不斷的提高和增加。
未經(jīng)抗震設(shè)防的底層框架抗震墻磚房，由于其在設(shè)計的過程中底層的縱橫墻的數(shù)量與當(dāng)前建筑施工設(shè)計中的不對稱，造成其在設(shè)計過程中出現(xiàn)極大的轉(zhuǎn)差，在強烈地震作用下，由于底層的抗側(cè)力剛度和極限承載能力相對于來說較為薄弱，因此容易造成其各種不良現(xiàn)象的出現(xiàn)。
相對于第二層薄弱，結(jié)構(gòu)將在底層率先屈服、進入彈塑 性狀態(tài)，井將產(chǎn)生變形集中的現(xiàn)象。
底層的率先破壞將危及整個房屋的安全。
1.房屋的平、立面布置應(yīng)規(guī)則、對稱
隨著當(dāng)前社會不斷發(fā)展過程中，人們對各種地震災(zāi)害的認識不斷加深，通過對歷次震害調(diào)查說明，其在設(shè)計過程中對各種提醒和結(jié)構(gòu)要求的不斷復(fù)雜化和設(shè)置的不完善以及不合理，造成當(dāng)前房屋抗震性能的不夠和設(shè)計的不夠合理和完善。
對于底層框架抗震墻磚房，其在設(shè)計的過程中設(shè)計模式的不足使得出現(xiàn)了鋼筋混凝土房屋抗震性能的不夠，因此其在施工和設(shè)計的過程中對房屋的平、里面的對稱和規(guī)格要求日益嚴格。
即房屋體型宜簡單、對稱，在結(jié)構(gòu)設(shè)計和布置的過程中對稱的設(shè)置方案能夠有效的提高房屋的整體性，降低由于地震作用下出現(xiàn)的各種扭轉(zhuǎn)局面。
2.房屋的高度要限制、高寬比要適當(dāng)
在唐山大地震中，未經(jīng)抗震設(shè)防的底層框架抗震墻磚房的破壞較為嚴重。
其主要原因是 底層沒有設(shè)置為框架抗震體系。
在震害較為嚴重的底層框架磚房中，底層為半框架沿街一 跨為框架另一跨為磚墻承重體系，底層為內(nèi)框架體系以及底層大部分為框架體系而山墻與樓梯間墻處不設(shè)框架梁柱等。
隨著近年來人們對建筑施工質(zhì)量和設(shè)計質(zhì)量要求的日益增加，各種自然災(zāi)害抵抗能力在建筑工程施工中的要求日益增加和提高，通過對底層框架抗震墻磚房的模型試驗和一系列分析研究，深入的探討和了解建筑工程施工中的各種抗震性能和抗震方式，是當(dāng)前建筑工程施工措施和施工管理方式的前提和關(guān)鍵因素。
增強過渡樓層和房屋整體抗震能力的抗震設(shè)計方法和構(gòu)造措施。
對當(dāng)前房屋在建設(shè)過程中其規(guī)則的制定有著深刻的影響，是對房屋較為規(guī)則且沿豎向較為均勻和滿足增強過渡摟層及房 屋整體抗震能力要求的;其房屋總層數(shù)和總高度可適當(dāng)放寬。
(1)房屋的總高度指室外地面到檐口高度，半地下室可從地下室內(nèi)地面算起，全地下室 可從室外地面算起。
(2)上部磚房部分的層高，不宜超過3.6m。
上部磚房部分橫墻的間距大4.2m的房間面積在一層內(nèi)大于該層總面積的1/4時為橫墻較少，對于上部磚房部分橫墻較少者房屋總高度應(yīng)降低3.0m，總層數(shù)應(yīng)減少一層。
底層框架抗震墻磚房總高度與總寬度的最大比值，應(yīng)符合表2.2-2的要求。
3.第二層與底層的側(cè)移剛度比要控制
在地震作用下底層框架抗震墻磚房的彈性層間位移反應(yīng)均勻和減少在強烈地震作用下的 彈塑性變形集中，能夠能夠提高房屋的整體抗震能力。
對底層框架抗震墻磚房的彈性和彈塑性位移以及層間極限剪力系數(shù)進行了分析，在分析研究的基礎(chǔ)上提出了底層框架抗震磚房第二層與底層側(cè)移剛度比的合理取值范圍為1.2～1.8。
根據(jù)不同設(shè)防烈度的地震作用強弱和既安全又經(jīng)濟的抗震設(shè)防原則，底層框架抗震墻磚房第二層與底層的側(cè)移剛度比值在6度時不應(yīng)大于3.0，在7度時不應(yīng)大于2.5，在8度時不應(yīng)大于2.0，在9度時不應(yīng)大于1.5;且均不應(yīng)小于1.0。
4.抗震墻的最大間距限值
底層框架抗震墻磚房的抗震墻間距分為底層和上部磚房兩部分，上部磚房備層的橫墻間距要求應(yīng)和多層磚房的要求一樣;底層框架抗震墻部分，由于上面幾層的地震作用要通過底層的樓蓋傳至底層抗震墻，樓蓋產(chǎn)生的水平變形將比一般框架抗震墻房屋分層傳遞地震作用的樓蓋水平變形要大。
因此，在相同變形限制條件下，底層框架抗震墻磚房底層抗震墻的間距要比框架--抗震墻的間距要小一些。
底層框架抗震墻磚房的底層框架抗震墻具有一定的承載能力和較好的變形、耗能能力，而上部磚房部分的，變形和耗能能力相對比較差。
為了避免底層過多強于上部磚房的抗震能力。
5.底層鋼筋砼抗震墻的高寬比
在實際工程中，底層框架抗震墻磚房的底層鋼筋砼墻的高寬比往往小于1.0， 通常把高寬比小于l的鋼筋砼墻稱為低矮墻。
高寬比小于1.0的低矮鋼筋砼墻是以受剪為主，由剪力引起的斜裂縫控制其受力性能， 其破壞狀態(tài)為剪切破壞。
結(jié)合底層框架抗震墻磚房中的底層鋼筋砼墻為帶邊框的鋼筋鹼低矮墻的特點，文獻2進行了帶邊框開豎縫鋼筋砼低矮墻的試驗和分折研究，試驗結(jié)果表明：放入砂漿板和鋼筋砼板的帶豎縫鋼筋砼墻的抗震性能明顯優(yōu)于整體鋼筋砼低矮抗震墻，這 種開豎縫的抗震墻具有彈性剛度較大，后期剛度較穩(wěn)定，達到最大荷載后，其承載力沒有明顯降低，其變形能力和耗能力有較大提高，達到了改善低矮墻抗震性能的目的。
6.底層框架抗震墻磚房的結(jié)構(gòu)體系
底層框架抗震墻磚房的底層受力比較復(fù)雜，而底層的嚴重破壞將危及整個房屋的安全，加上地震傾覆力矩對框架柱產(chǎn)生的附加軸力使得框架柱的變形能力有所降低等因素，對底層的抗震結(jié)構(gòu)體系的要求應(yīng)更高一些。
(1)底層框架抗震墻磚房的底層應(yīng)設(shè)置為縱、橫向的雙框架體系，避免一個方向為框架、 另一個方向為連續(xù)梁的體系。
這主要是由于地震作用在水平上是兩個方向的。
一個方向為連 續(xù)梁體系則不能發(fā)揮框架體系的作用，則該方向的抗震能力要降低比較多。
同時，也不應(yīng)設(shè) 置為半框架體系或山墻和樓梯間軸線為構(gòu)造柱圈梁約束磚抗震墻的狀況。
這是由于底層的地震剪力按各抗側(cè)力構(gòu)件的剛度分配，半框架體系或山墻為構(gòu)造柱、圈梁約束的磚抗震墻體系中，磚墻較框架的抗側(cè)力剛度大得多，在地震作用下，磚墻先開裂和肢壞，加上磚墻的變形能力較框架要差得多，會形成磚墻構(gòu)件先退出工作，導(dǎo)致加重半框架或部分框架的破壞。
(2)底層框架抗震墻磚房的底層應(yīng)設(shè)置為框架抗震墻體系。
在6、7區(qū)底層為小型商店時， 其抗震墻可為框架填充墻;當(dāng)?shù)讓拥拇u填充墻較少時應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋砼抗震墻，在8、9度時，均應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋砼抗震墻，使底層形成具有二道防線的框架抗震墻體系，有利于提高底層的抗震能力。
7.結(jié)束語
隨著當(dāng)前社會發(fā)展中，房屋抗震性能要求的不斷提高，在底層框架抗震墻磚房的設(shè)計過程中綜合當(dāng)前社會技術(shù)措施進行綜合分析與設(shè)計是提高和保證設(shè)計質(zhì)量的關(guān)鍵，更是當(dāng)前房屋質(zhì)量設(shè)計的主要要求。
底層框架抗震墻砌體結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計【2】
摘要：本文筆者結(jié)合實際工作經(jīng)驗，對底層框架抗震墻砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了分析探討，提出了自己的見解。
關(guān)鍵詞：底部框架;抗震墻砌體結(jié)構(gòu);設(shè)計
1 一般規(guī)定
1.1 底層框架-抗震墻砌體結(jié)構(gòu)的破壞特性
底層框架-抗震墻砌體結(jié)構(gòu)一般來說高度不是很高，風(fēng)荷載的影響較小，主要是承受豎向荷載和水平地震作用。
其在地震作用下的破壞特征是：
(1)二層以上砌體結(jié)構(gòu)房屋破壞的狀況與一般多層砌體結(jié)構(gòu)房屋基本相同;
(2)底層的破壞比上面各層都嚴重，主要是底層柱喪失承載力，或因變形集中引起位移過大而破壞。
底層柱在豎向荷載和水平地震剪力的聯(lián)合作用下，沿斜截面發(fā)生破壞后，又加劇了受壓破壞。
部分柱由于鋼筋間距過大，特別是在柱的上下端箍筋沒有加密的情況下，破壞更加突出。
部分鋼筋混凝土柱因縱向鋼筋的配筋率太高(超過6%)，使柱喪失韌性，發(fā)生脆性破壞;
(3)由于底層框架-抗震墻砌體結(jié)構(gòu)上部砌體的重量較大，底部重量相對較輕，在“頭重腳輕”的情況下再加上平面布置不對稱的情況下發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞。
針對以上情況，規(guī)范規(guī)定對此類結(jié)構(gòu)的底層不應(yīng)采用純框架結(jié)構(gòu)，一定要在兩個方向設(shè)置抗震墻，成為框架抗震墻結(jié)構(gòu)。
至于抗震墻的材料，在6、7度抗震設(shè)防時新規(guī)范雖然允許采用磚墻，但應(yīng)計入磚對框架的附加軸力和附加剪力(老的抗震規(guī)范無此要求)。
其余情況均應(yīng)采用鋼筋混凝土抗震墻。
1.2 底層框架-抗震墻砌體結(jié)構(gòu)的總高度和層數(shù)的限制
一般6度抗震設(shè)防情況下，新的抗震規(guī)范(GB50011-2010)規(guī)定：底層框架結(jié)構(gòu)的總高度限制在22米。
但這個高度是指室外地面到主要屋面板板頂或檐口的高度，不包括女兒墻的高度;對帶閣樓的坡屋面應(yīng)算到山尖墻的1/2高度處。
層數(shù)一般限制在7層，即底層為一層框架抗震墻，上部磚砌體最多為6層。
在7度抗震設(shè)防情況下，規(guī)范對基本地震加速度為0.10g和0.15g的情況分別作了限制，限制高度分別為22米和19米，限制層數(shù)分別為7層和6層(指普通磚和多孔磚砌體)。
1.3 底層抗震橫墻的最大間距
橫墻的間距限制主要是防止樓板平面出現(xiàn)過大的變形而不能使各層的地震作用傳遞到抗震墻上，因此與樓、屋蓋的剛度有關(guān)。
一般情況下，底框結(jié)構(gòu)的樓、屋蓋采用現(xiàn)澆至少也應(yīng)保證整體式裝配。
此時，抗震橫墻的最大間距在6度時為18米，7度時為15米。
1.4 底層框架-抗震墻的抗震等級
底部混凝土框架的抗震等級，6、7、8度應(yīng)分別按三、二、一級采用。
混凝土墻體的抗震等級，6、7、8度應(yīng)分別按三、三、二級采用。
2 計算要點
2.1 層剛比的控制
控制側(cè)移剛度比的規(guī)定是根據(jù)底層為大空間的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應(yīng)實驗和研究分析結(jié)果提出的。
底層越弱，塑性變形集中的現(xiàn)象越嚴重，其程度基本上與上下側(cè)移剛度比成正比。
而結(jié)構(gòu)破壞的程度層面變形成正比。
因此，要減少地震時底層的破壞程度，就要對上下部的側(cè)移剛度比進行控制。
即對γ=K2/K1進行控制。
新的抗震規(guī)范則對一層底框架和兩層底框均加以控制，一層時γ應(yīng)在1-2.5之間，兩層時γ應(yīng)在1-2之間。
這一點作為設(shè)計人員應(yīng)予以重視。
要達到上述要求，采用鋼筋混凝土抗震墻比采用磚抗震墻容易得到滿足。
因為混凝土的彈性模量大約10倍于磚砌體的彈性模量。
2.2 地震作用的計算
底層框架-抗震墻砌體結(jié)構(gòu)的地震作用計算方法一般為底部剪力法，其中地震影響系數(shù)一律取αmax。
在計算時，底框結(jié)構(gòu)的總水平地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值的計算公式為：Fek=αmaxGeq。
其中Geq為結(jié)構(gòu)的等效總重力荷載代表值，但應(yīng)注意其取值為各層等重力荷載代表值之和的85%。
總水平地震作用沿高度的分布為：Fi=(GiHi/∑GiHi)Fek。
2.3 底層的設(shè)計地震剪力
各層的地震剪力設(shè)計值的計算公式為：Vi=γEH∑Fi。
其中γEH為水平地震作用的分項系數(shù)，一般取為1.3。
此處應(yīng)注意的是，用上式求出的底層地震剪力設(shè)計值還應(yīng)乘以一個增大系數(shù)。
這是因為底部剪力法僅適用于剛度沿高度方向均勻變化的多層結(jié)構(gòu)，而底層框架-抗震墻砌體結(jié)構(gòu)是具有薄弱底層的多層結(jié)構(gòu)，故借用底部剪力法時應(yīng)做適當(dāng)?shù)男拚?/p>
抗震規(guī)范按前文提到的上下側(cè)移剛度比γ的大小，按η=1+0.17γ來計算增大系數(shù)，其值在1.2―1.5之間。
2.4 底層抗震墻承擔(dān)的水平地震剪力
在底層，抗震墻的側(cè)移剛度比框架的側(cè)移剛度大幾十倍甚至上百倍。
這樣，按剛度分配，框架所承擔(dān)的水平地震剪力還達不到總水平地震剪力的5%，為簡化計算，可略去不計。
因此，抗震規(guī)范規(guī)定，增大后的縱橫向的地震剪力，全部按該方向的抗震墻承擔(dān)，并按該方向的各片抗震墻的剛度的比例來進行分配。
2.5 底層框架承擔(dān)的水平地震剪力
既然底層的水平地震剪力都是由抗震墻承擔(dān)，那為什么還要考慮框架承擔(dān)的水平地震剪力呢?這主要是從安全的角度出發(fā)，考慮到抗震墻剛度降低而引起的框架承擔(dān)的剪力的增大。
此時，框架承擔(dān)的水平地震剪力按抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的有效側(cè)移剛度的比例分配。
所謂有效側(cè)移剛度指的是地震作用下結(jié)構(gòu)處于某個變形階段時各構(gòu)件的實際剛度。
當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇7度或以上地震時，目前一般方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)將進入彈塑性變形狀態(tài)，即墻體有一定裂縫而使其剛度急劇下降，從而對地震剪力在框架和抗震墻間的分配產(chǎn)生顯著影響。
根據(jù)一些實驗結(jié)果，可以認為：當(dāng)層間位移角接近1/500時，框架的剛度不變，鋼筋混凝土抗震墻的剛度降至30%，磚抗震墻剛度約降至20%。
此后，位移加大，框架的剛度也下降，但墻的剛度也繼續(xù)下降，三者之間的比例關(guān)系基本不變。
這樣，底層一榀縱向或橫向框架所承擔(dān)的水平剪力計算公式為：Vf=KfV/(∑Kf+0.3∑Kcw+0.2∑Kbw)。
其中Kf為一榀框架的側(cè)移剛度，Kcw為一榀鋼筋混凝土抗震墻的側(cè)移剛度，Kbw為一榀磚抗震墻的側(cè)移剛度。
3 底層框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施
3.1 防止扭轉(zhuǎn)破壞
底層框架-抗震墻結(jié)構(gòu)對扭轉(zhuǎn)破壞特別敏感，為減少其底框?qū)釉馐芘まD(zhuǎn)破壞的危險性，應(yīng)避免質(zhì)量和剛度在平面內(nèi)的不對稱布置。
3.2 構(gòu)造柱
底層框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的上部磚房應(yīng)根據(jù)包括底層在內(nèi)的總層數(shù)按多層砌體房屋的要求設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱。
3.3 樓蓋
為了保證地震剪力在框架與抗震墻之間得以分配及傳遞，要求樓蓋應(yīng)該有較大的水平剛度。
故一般情況下，底層框架-抗震墻結(jié)構(gòu)的樓、屋蓋最好采用現(xiàn)澆，否則至少也應(yīng)保證整體式裝配。
3.4 底層框架柱
底層框架柱截面宜采用正方形，其尺寸不宜小于400mm。
當(dāng)?shù)讓涌蚣苤瑫r作為邊框柱時，柱的截面高度不宜小于墻板厚度的2倍。
柱的縱向總配筋率應(yīng)加以限制，柱中縱向鋼筋總配筋率超過6%時，易導(dǎo)致混凝土脆性破壞。
為了防止這種脆性破壞，應(yīng)注意箍筋的配置要符合相應(yīng)的抗震等級的規(guī)定。
此外，要盡量避免底層短柱的形成，底層柱網(wǎng)應(yīng)與上部磚房縱橫墻的布置協(xié)調(diào)。
3.5 底層抗震墻
底層鋼筋混凝土抗震墻應(yīng)符合相應(yīng)抗震等級的規(guī)定;底層如采用磚抗震墻，要注意墻厚最小為240mm，最好370mm。
砂漿等級最好M10。
驗算抗剪承載力不足時可以在磚墻水平縫中加鋼筋。
框架節(jié)點的凹角處宜各配置2φ16的斜筋。
底層抗震墻宜布置在房屋四角和上層有磚墻的部位，盡量避免開洞。
如必須開洞，盡量開小洞，洞口盡量設(shè)置在墻體的中段。
3.6 過渡層
新的抗震規(guī)范增加了過渡層的概念。
過渡層即與底部框架-抗震墻相鄰的上一層砌體樓層，其在地震時破壞較重，因此，新規(guī)范對過渡層的要求進行了集中敘述并予以特別加強。
4 結(jié)束語
綜上所述，新的抗震規(guī)范對這種“上剛下柔”的結(jié)構(gòu)進行了嚴格的抗震計算及構(gòu)造要求，已盡可能的減少地震作用下的破壞。
參考文獻：
[1]《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2010中國建筑工業(yè)出版社.
[2]《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50003-2011中國建筑工業(yè)出版社.
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