底框結(jié)構(gòu)工程的抗震設(shè)計解析

1、<p>　　底框結(jié)構(gòu)工程的抗震設(shè)計解析</p><p>　　摘要：本文對底框結(jié)構(gòu)的抗震能力進(jìn)行分析，然后論述了底框結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，最后加以實例分析，供相關(guān)工作人員參考和借鑒。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：底框結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計。 </p><p>　　中圖分類號：TU352.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><

2、;b>　　一、引言 </b></p><p>　　底框結(jié)構(gòu)是我國現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)條件下所特有的一種結(jié)構(gòu), 從抗震上來說, 它是一種不合理的結(jié)構(gòu)形式, 但由于我國當(dāng)今的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有限, 這種結(jié)構(gòu)目前還無法完全摒棄, 因此在我國內(nèi)地,尤其是廣大西北部地區(qū)的臨街建筑中仍廣泛采用。由于底部框架抗震墻磚房是由鋼筋混凝土框架抗震墻和上部磚房兩種承重體系和抗側(cè)力體系構(gòu)成, 而由于這兩種抗側(cè)力體系在抗震性能等方面的

3、差異, 使得這類結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)選型與抗震設(shè)計比較復(fù)雜。臨街建筑采用這類結(jié)構(gòu), 底部臨街一側(cè)由于使用及美觀的要求, 常不設(shè)置抗震墻或所設(shè)置的抗震墻的數(shù)量較少, 而另一側(cè)所設(shè)置的抗震墻的數(shù)量則較多, 造成結(jié)構(gòu)的質(zhì)心與剛度中心不一致, 地震時易引起較為嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)效應(yīng), 加劇了地震的破壞作用。 </p><p>　　二、底框結(jié)構(gòu)的抗震能力分析 </p><p>　　底部框架—抗震墻砌體房屋是由底層或底

4、部兩層為框架抗震墻、上部為多層砌體房屋構(gòu)成的。這類房屋的底部框架—抗震墻結(jié)構(gòu)部分具有一定的抗側(cè)力剛度和一定的承載能力、變形能力及耗能能力; 上部多層砌體房屋具有較大的抗側(cè)移剛度和一定的承載能力, 但變形和耗能能力相對較差, 上面幾層砌體結(jié)構(gòu), 由于開間小、橫墻多, 不僅重量大, 側(cè)移剛度也大, 而底層框架側(cè)移剛度比上層小得多。這種結(jié)構(gòu)的整體抗震能力取決于底部和上部各自的抗震能力, 又取決于底部和上部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度和抗震能力的相互大小程

5、度, 也就是說不能存在特別薄弱的樓層, 凡震害比較嚴(yán)重的部位, 均是由于抗震設(shè)計考慮不周而出現(xiàn)的相對薄弱的樓層。因此, 盡量避免薄弱樓層是底部框架&#1048577; 抗震墻砌體房屋抗震設(shè)計中的一個相當(dāng)重要的概念。震害調(diào)查表明底框抗震砌體房屋的倒塌是由薄弱層開始的, 從分析研究可以看出, 底層抗震墻布置不足的底框抗震砌體房屋, 底層是薄弱層; 而當(dāng)?shù)讓涌拐饓υO(shè)置過多時, 則第二層為薄弱層。 </p><p&g

6、t;　　底部框架結(jié)構(gòu)與上部磚混結(jié)構(gòu)的剛度相比是底框抗震墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的最關(guān)鍵問題。若底部框架結(jié)構(gòu)的剛度相對于上部磚混結(jié)構(gòu)的剛度比較大, 整個結(jié)構(gòu)形成下剛上柔的結(jié)構(gòu)體系能較好地抵抗地震作用, 是比較理想的結(jié)構(gòu)體系; 但下部剛度太大意味著下部框架結(jié)構(gòu)中的抗震墻數(shù)量較多或者柱子的截面較大, 這樣既影響了建筑空間的利用又增加了工程的造價。 </p><p>　　底部框架結(jié)構(gòu)的薄弱層與抗震墻數(shù)量的多少有很大的關(guān)系。合理的抗震墻

7、數(shù)量應(yīng)該是底部框架—抗震墻磚房結(jié)構(gòu)的層間位移反應(yīng)較為均勻, 同時避免底層過強(qiáng)使得薄弱樓層轉(zhuǎn)移到抗震性能較差的上部磚房部分; 應(yīng)該使房屋的薄弱部位出現(xiàn)在變形和耗能能力都較好的底部框剪層, 又可避免框剪層變形過分集中, 從而提高結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。而抗震墻的數(shù)量的確定與很多因素有關(guān), 如層剛度比、抗震墻設(shè)置的間距、框剪層與相鄰磚砌體層的彈塑性位移的比值、抗震墻的布置形式等。 </p><p>　　三、底框結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)

8、計 </p><p>　　1、底部框墻的結(jié)構(gòu)體系 </p><p>　　底框抗震墻受力比較復(fù)雜，而底層的破壞將嚴(yán)重影響整個房屋的安全，因此對底層的抗震結(jié)構(gòu)要求更高。1）底框結(jié)構(gòu)底層應(yīng)設(shè)置為縱橫向的雙框架體系。2）底框結(jié)構(gòu)的底層應(yīng)設(shè)置為框架抗震墻體系。在6、7度時可采用嵌砌于框架之間的粘土磚墻或混凝土小砌塊墻。 </p><p><b>　　2、抗震構(gòu)造措施

9、 </b></p><p>　　在6度設(shè)防區(qū)，抗震構(gòu)造措施大為重要，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中對梁柱、節(jié)點都相應(yīng)提出了不同的要求。但最終都貫徹了框架梁強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎的設(shè)計原則。 </p><p>　　3、建筑體型和平、立面布置 </p><p>　　合理的建筑布置在抗震設(shè)計中是非常重要的。規(guī)則的建筑由于其地震反應(yīng)與計算分析較為符合，也較易采取構(gòu)造措施，因

10、此抗震性能較好，為此設(shè)計規(guī)范中提出了規(guī)則建筑的概念。同時，規(guī)范也明確規(guī)定了房屋的總高度與層數(shù)，高寬比等一系列對建筑物的要求。 </p><p>　　4、底部框結(jié)構(gòu)墻與二層磚混樓層抗側(cè)移剛度比 </p><p>　　在地震作用下，底層框墻的彈性層間位移可減少在強(qiáng)烈地震作用下的彈塑性變形的集中，使房屋整體抗震能力較高。因此，規(guī)范提出了二層磚混樓層與底部框墻的抗震側(cè)移剛度比宜在1.2—1.8之間

11、。而在6度時，不應(yīng)大小3.0。 </p><p>　　5、底部框墻的抗震橫墻間距 </p><p>　　底層框架抗震墻要承受上面幾層通過底層樓蓋傳達(dá)遞的地震作用，因此底框抗震墻應(yīng)具有一定的承載能力和較好的變形、耗能能力。而上部磚混部分的變形能力相對較差。因此，《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》強(qiáng)調(diào)了第二層與底層的抗側(cè)移剛度不應(yīng)小于1.0。具體在6度設(shè)防區(qū)域，抗震橫墻的最大間距為25m。 </p&g

12、t;<p>　　總之，由于地震作用以及底層框架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使底框抗震設(shè)計顯得尤為重要，而從某種意義上說，建筑結(jié)構(gòu)抗震的概念設(shè)計比計算設(shè)計更為重要。 </p><p><b>　　四、實例分析 </b></p><p>　　本文按照我國《》建筑抗震設(shè)計規(guī)范》所提出的“小震不壞, 中震可修, 大震不倒”的三水準(zhǔn)抗震性能, 通過應(yīng)用由中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)研

13、制的PKPM 結(jié)構(gòu)系列軟件對某地區(qū)一商住綜合樓進(jìn)行了結(jié)構(gòu)抗震性能分析。此商住綜合樓為底部框架結(jié)構(gòu), 共6 層,底部1 層, 2 層為混凝土框架, 3 層~ 6 層為磚混結(jié)構(gòu)。圖1 為底層平面示意圖, 柱截面尺寸為550 mm x 550 mm, 梁截面尺寸橫向為300 mmx 600 mm, 縱向尺寸為300 mm x 600 mm, 底部兩層抗震墻厚為250 mm, 混凝土強(qiáng)度等級為C30, 3 層以上砌體層磚強(qiáng)度等級為MU10, 砂

14、漿強(qiáng)度等級為M7. 5, 層剛度比為1. 57。采用PKPM 結(jié)構(gòu)分析程序輸入E-l centro 地震波對結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性動力時程分析, 圖2~ 圖5 為計算分析結(jié)果。 </p><p>　　由圖2~ 圖5 的計算分析結(jié)果可以看出: </p><p>　　1) 樓層位移和樓層力基本呈倒三角形分布, 且樓層位移和層間位移都很小, 底部的層間位移角最大為1/ 1 457, 結(jié)構(gòu)仍處于彈性狀態(tài),

15、基本可以保證“小震不倒”的性能要求; 2) 當(dāng)?shù)撞靠蚣転閮蓪訒r, 薄弱層往往在第二層框架。 </p><p><b>　　五、結(jié)語 </b></p><p>　　1) 只要經(jīng)過合理的設(shè)計, 底框結(jié)構(gòu)能夠滿足抗震設(shè)防要求; </p><p>　　2) 在本文算例中, 把薄弱層控制在第二層框架, 這說明當(dāng)?shù)撞靠蚣転閮蓪訒r, 薄弱層往往在第二層框架;

16、 底框結(jié)構(gòu)的薄弱層一般為框剪層, 所以控制好框剪層的受力和變形對于底框結(jié)構(gòu)的設(shè)計是極其重要的。 </p><p>　　3）在底框—磚混結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中, 既要避害趨利對結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行優(yōu)選, 嚴(yán)格遵守規(guī)范強(qiáng)制性條文, 還要加強(qiáng)構(gòu)造設(shè)防并嚴(yán)格施工, 這一廣受歡迎的結(jié)構(gòu)型式就能取得實用、經(jīng)濟(jì)、安全的效果。設(shè)計人員要轉(zhuǎn)變設(shè)計思路，提高設(shè)計部門及設(shè)計人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)，盡快走出“不設(shè)防”的誤區(qū)。要在嚴(yán)格執(zhí)行《抗規(guī)》的前提下，在合

17、理的平面布置上多做文章，同時設(shè)計單位可安排專人嚴(yán)把抗震設(shè)計關(guān)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn): </b></p><p>　　[1] GB50010-2002 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002 </p><p>　　[2] GB50011-2001 建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001

18、 </p><p>　　[3] GB50003-2001 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002 </p><p>　　[4] 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊叢書編委會. 建筑抗震設(shè)計手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社, 1994. </p><p>　　[5] 韓占增. 多層磚房抗震與設(shè)計質(zhì)量[ J] . 工程抗震, 1998,( 3) . </p&