试论底层框架抗震墙砖房的抗震研究
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关键词: 底层框架 抗震
1.概述
我国近十几年来的强烈地震震害表明,这类房屋的地震震害较为普遍,未经抗震设防的这类房屋的震害特点是:
(1)震害多数发生在底层,表现为“上轻下重”;
(2)底层的震害规律是:底层的墙体比框架柱重,框架柱又比梁重;
(3)房屋上部几层的破坏状况与多层砖房相类似,但破坏的程度比房屋的底层轻得多。
2.底层框架抗震墙砖房抗震设计的基本要求
2.1房屋的平、立面布置应规则、对称
历次震害调查说明,体型复杂或结构构件(墙体、柱网等)布置不合理,将加重房屋的震害.对于底层框架抗震墙砖房,其抗震性能相对于多层钢筋砼房屋要差一些。因此,这类房屋平、立面布置的规则要求应更严格一些,即房屋体型宜简单、对称,结构抗侧力构件的布置也应尽量对称,这样可以减少水平地震作用下的扭转。
2.2房屋的高度要限制、高宽比要适当
未经抗震设防的底层框架抗震墙砖房的破坏较为严重。其主要原因是底层没有设置为框架抗震体系。基于总结震害经验等,《建筑抗震设计规范》GB50011―2001对这类房屋的总层数给予了较严格的限制,即6、7度区不宜超过七层,8度区不宜超过六层,其总层数相对于该地区多层砖房的总层数均有所减少。
底部框架一抗震墙房屋的底部层高,不应超过4.5m。同一楼层内开间大于4.2m的房间占该层总面积的40%以上时为横墙较少,对于横墙较少的多层砌体房屋总高度应降低3.0m,总层数相应减少一层。3.3第二层与底层的侧向刚度比要控制在地震作用下底层框架抗震墙砖房的弹性层间位移反应均匀和减少在强烈地震作用下的弹塑性变形集中,能够提高房屋的整体抗震能力。根据不同设防烈度的地震作用强弱和既安全又经济的抗震设防原则,底层框架抗震墙砖房第二层与底层的侧移刚度比值在6,7度时不应大于2.5,在8度时不应大于2.0,且均不应小于1.0。
2.3抗震墙的最大间距限值
底层框架抗震墙砖房的抗震墙间距分为底层和上部砖房两部分,上部砖房每层的横墙间距要求应和多层砖房的要求一样;底层框架抗震墙部分,由于上面几层的地震作用要通过底层的楼盖传至底层抗震墙,楼盖产生的水平变形将比一般框架抗震墙房屋分层传递地震作用的楼盖水平变形要大。因此,在相同变形限制条件下,底层框架抗震墙砖房底层抗震墙的间距要比框架――抗震墙的间距要小一些。底层框架抗震墙砖房的底层框架抗震墙具有一定的承载能力和较好的变形、耗能能力,而上部砖房部分的,变形和耗能能力相对比较差。为了避免底层过多强于上部砖房的抗震能力,除了计算底层框架抗震墙砖房的层间极限剪力系数、判断薄弱层外,还在一般规定上强调两点,一是第二层与底层的侧移刚度比不应小于1.0二是底层抗震横墙的最大间距较以前有所放宽。
2.4底层钢筋混凝土抗震墙的高宽比
在实际工程中,底层框架抗震墙砖房的底层钢筋混凝土墙的高宽比往往小于1.0,通常把高宽比小于l的钢筋混凝土墙称为低矮墙。高宽比小于1.0的低矮钢筋混凝土墙是以受剪为主,由剪力引起的斜裂缝控制其受力性能,其破坏状态为剪切破坏。结合底层框架抗震墙砖房中的底层钢筋混凝土墙为带边框的钢筋混凝土低矮墙的特点,对带边框开竖缝钢筋砼低矮墙的试验和分折研究,试验结果表明:放入砂浆板和钢筋混凝土板的带竖缝钢筋混凝土墙的抗震性能明显优于整体钢筋混凝土低矮抗震墙,这种开竖缝的抗震墙具有弹性刚度较大,后期刚度较稳定,达到最大荷载后,其承载力没有明显降低,其变形能力和耗能力有较大提高,达到了改善低矮墙抗震性能的目的。《建筑抗震设计规范》GB50011―2001规定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。
2.5底层框架抗震墙砖房的底层应设置为框架一抗震墙体系
(1)底层框架抗震墙砖房的底层应设置为纵、横向的双框架体系,避免一个方向为框架、另一个方向为连续梁的体系。这主要是由于地震作用在水平上是两个方向的。一个方向为连续梁体系则不能发挥框架体系的作用,则该方向的抗震能力要降低比较多。同时,也不应设置为半框架体系或山墙和楼梯间轴线为构造柱圈梁约束砖抗震墙的状况。这是由于底层的地震剪力按各抗侧力构件的刚度分配,半框架体系或山墙为构造柱、圈梁约束的砖抗震。
墙体系中,砖墙较框架的抗侧力刚度大得多,在地震作用下,砖墙先开裂和肢坏,加上砖墙的变形能力较框架要差得多,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。
(2)底层框架抗震墙砖房的底层应设置为框架抗震墙体系。在6、7度地区总层数不超过五层的底层框架一抗震墙房屋,应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙,但应计入砌体墙对框架的附加轴力和附加剪力,当底层的砖填充墙较少时应设置一定数量的钢筋混凝土抗震墙;其余情况应采用钢筋混凝土抗震墙,使底层形成具有二道防线的框架抗震墙体系,有利于提高底层的抗震能力。
2.6过渡楼层的抗震能力应适当加强
底层框架抗震墙砖房的过渡楼层受力比较复杂,虽然底层的抗震墙先开裂,但是一旦第二层砖墙开裂后、其破坏状态要比底层要重得多。因此,应增强过渡楼层的抗剪和抗弯能力。在设计时可以考虑加强底层框架与上部砖砌体结构接合处楼板的整体刚度,可将此处楼板做成同厚度的一块大现浇板,板钢筋通长布置;还应考虑底框竖向结构与上部砖混竖向结构,在接合处竖向钢筋尽可能上通下行,在构造上加强过渡楼层的抗剪、抗弯能力。
2.7底层框架抗震墙砖房的底层与上部砖房部分的抗震能力宜相匹配
底层框架抗震墙砖房是由两种承载能力和抗侧体系构成的,底层具有一定的承载能力和较好的变形能力,上部砖房部分具有一定的抗震能力,但变形和耗能能力相对比较差.因此要求结构抗震能力沿竖向分布应均匀,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变,这样有助于提高房屋的整体抗震能力。