对底部框架结构抗震墙房屋设计的思考

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摘要：伴随着近年来频发的自然灾害给人们的生活带来的巨大影响，尤其是地震对房屋的危害，使得越来越多的房屋设计者开始对房屋的抗震结构进行深入研究，而作为房屋的基础底部框架结构抗震墙的抗震性能有着非常重要的作用。因此本文对底部框架结构抗震墙房屋设计进行浅析。

关键字：底部框架结构抗震墙；设计；思考

一、底部框架结构抗震墙的特点

现阶段我国房屋的结构体系主要可以分为框架结构、框架支撑结构、框架抗震墙板结构、简体结构以及巨型框架结构等。而由于底部框架结构抗震墙房屋受到地震的影响最为严重，因此需要对运用这种结构的房屋设计进行重新思考。这种房屋结构的底部是由框架和抗震墙共同组成，下层的框架结构体系在水平力作用下其侧移有两部分组成一部分侧移由剪力引起的柱和梁的弯曲产生，柱和梁上有反弯点，是整个结构呈现剪切型变形，框架下部各层承受的剪力大，层间位移也随之变大，上部各层剪力较小，位移也相应较小。另一部分侧移是有整个框架的悬臂作用在柱中产生轴向变形引起的，第一部分侧移是主要的，因而框架结构以剪切型变形为主，框架结构的主要缺点就是侧向刚度小，变形大这也就限制了框架结构的建造高度。剪力墙结构体系是利用建筑物墙体作为竖向承重体系，并用它抵抗水平力。框架剪力墙结构体系是当框架单独承受水平力时为剪切型变形，当剪力墙单独承受水平力时为弯曲型变形，两者通过楼板连在一起，是变形协调一致形成弯剪型变形。简体结构体系是指高层建筑所经常采用的简体结构抵抗侧向力的一种体系，它比剪力墙结构具有更大的强度和刚度。

二、底部框架结构抗震墙房屋的要求

在地震作用下房屋的破坏机理和破坏过程十分复杂，所以要对房屋的抗震结构进行严密的设计，对于框架结构抗震墙房屋来说，无论地震力来自哪个方向抗侧力构件都只能是框架柱，故框架结构抗震墙的抗震性能就显得比较单薄，因此在进行房屋设计时需要予以足够的重视。

（一）合理的设计房屋底部的结构布局

底部框架结构抗震墙房屋应该在底部设置为纵横双向的抗震结构体系，避免单方向承受地震力。因为底部结构的地震剪力按各抗侧力构件的刚度分配，在这些结构混用的体系中，砖墙较框架的抗侧力刚度非常大，所以在地震作用下砖墙先开裂破坏，但由于砖墙的变形能力比框架结构要差，这样一来砖墙构件就会率先被破坏，导致加重半框架或部分框架的破坏。通过对底部框架结构抗震墙进行合理设计，使房屋底部的抗震性能与砌体结构相当，底部框架结构抗震墙房屋的底部应该设置足够数量的钢筋混凝土抗震墙，这样一来就可以有效的提高底部的抗震能力，使得底部框架结构抗震墙房屋的过渡层的抗震能力更强。严格的底部框架结构抗震墙房屋抗震设计十分必要，特别是结构底部层刚度比合理取值、过渡层墙肢抗震设计和上部结构整体性设计尤为重要。

（二）严格控制建筑物的刚度

底部框架结构抗震墙房屋在地震的作用下的弹性层间位移均匀和减少在强烈的地震作用下的弹塑性变形集中，而且对层间极限剪力系数分布、薄弱楼层的位置和薄弱楼层的弹塑性变形集中都有很大影响。根据国家的相关规定指出的层刚度比控制条件能够确保底部框架结构抗震墙房屋抗震性能。当大于2时，在强烈地震作用下会造成薄弱的底层弹塑性变形集中，弹性位移增大，会加速底层的破坏；但当小于1.2，尤其是小于1.0时，由于底层框架结构纵横向抗震墙设计过多，底层过强，又会使薄弱楼层转移到上部抵抗变形能力相对较差的砖砌层导致很严重后果，所以要想充分发挥底部框架结构抗震墙房屋的抗震性能，减小对上部砌体地震作用效应，可以适当提高层刚度比的下限值，建议在实际设计的过程中应该由1.0提高到1.5。

（三）底部框架结构抗震墙房屋的过渡层设计

由于过渡楼层的受力比较复杂，可能影响底部框架结构抗震墙房屋的抗震能力。因为在地震力的作用下底层框架变形与过渡层砌体墙肢变形不协调，导致过渡层墙肢出现开裂破坏，而且层刚度比越大过渡层的开裂程度越严重。所以在设计的过程中建议在过渡层底部墙体中采用加筋砌体或者将过渡层做成一块大现浇板厚度不小于120，并且板中应该布置钢筋、增设构造柱或提高墙体材料强度等构造措施，从而在结构上加强过渡层墙肢的延性和抗剪强度，避免由于地震引发的位移不协调导致墙肢的开裂破坏。

.层间侧移刚度计算δ弯δ剪

（1）单层框架侧移刚度（图1）F=1

侧移刚度K=1/δ h

假定工程地质较好，不考虑平移和转角，

δ=δ弯+δ剪=Fh3/12EcIc + ξFh/AGcb

= h3/12EcIc + 1.2h/A0.4Ec --------（1）

将Ic= tb3/12、A=tb代入得到 t

δ= h3/Ectb3 + 3h/ Ectb =（ρ3+3ρ）/Et其中设ρ=h/b

侧移刚度K=tEc/(ρ3+3ρ) 图1

式中：Ec―混凝土的弹性模量

Ic―柱的截面惯性矩

h ―柱、抗震墙的计算高度或层高

A ―钢筋混凝土构件和砖墙段面积

Gc―混凝土的剪切模量，Gc=0.4Ec

ξ―剪应变不均匀系数，ξ=1.2

t ―钢筋混凝土构件和砖墙段厚度δ弯δ剪

b ―钢筋混凝土构件和砖墙段长度

(2).底部两层框架的底层和二层混凝土柱和抗震墙侧移 F=1

刚度近似计算简图（图2） h

δ=δ弯+δ剪=Fh3/3EcIc + ξFh/AGc

=4h3/Ectb3 + 3h/ Ectb =（4ρ3+3ρ）/Et ----（2） b

侧移刚度K=tEc/(4ρ3+3ρ)

注：（a）h―底部两层的层计算高度或底部二层t

的层高，其它符号均同1项。 图2

（b）底部两层框架的第三层砖房的侧移按图1计算

(3).有洞抗震墙

当洞口“周长”与抗震墙“周长”的比值不大于0.4，即a=(bd/lh)1/2≤0.4时，有洞抗

震墙的侧移刚度可近似采取无洞抗震墙刚度乘以开洞折减系数得之。

Kw（1-1.2a）/δ

式中：b、d―分别为洞口的高度和宽度

h、l―分别为抗震墙的高度和宽度

（四）上部砖砌承重墙的结构要符合设计要求

底部框架结构抗震墙房屋的上部砖砌承重墙结构受到地震作用的破坏情况和一般多层砌体结构基本相同。由于底框部分的受力复杂在地震下过渡层砌体的破坏可能会改变底框部分的受力性能，强柱弱梁的破坏模式在底框部分难以实现，所以进行抗震设计时应采取措施实现底部框架结构砌体结构底层合理破坏模式。如果框架的任一柱端先出现塑性铰，就会引发同一层的其它柱端出现同样的塑性铰，导致房屋整体坍塌。但是底层框架结构因为要承担竖向荷载引起的较大弯矩，截面较大所以在截面抗弯强度的计算上要符合强柱弱梁的要求是不可能的，所以在底部框架结构抗震墙房屋的配置上尽量采取强柱弱的设计原则。

由于底部框架结构抗震墙房屋的施工简单而且建造成本较低，在一些中小城市的临街建筑以及农村房屋的应用比较普遍。但是因为底部框架结构抗震墙房屋的下部刚度较小，抗震性能差，所以当底部框架结构抗震墙受到地震的影响时容易发生整体倒塌的严重事故。作为设计人员必须要对底部框架结构抗震墙房屋做更加细致的研究，对这种结构有更加深入的了解，然后利用更加科学的设计方法进行优化改进，使得底部框架结构抗震墙房屋能够更加符合安全适用的要求。

三、结束语

由于地震使房屋各部分发生了形变，也就是使其各部分都有地震力的作用。而作为房屋的基础，底部框架结构抗震墙抗震能力直接决定着房屋使用的安全性，为了尽可能的减小地震造成的人员伤亡以及经济损失，使得人们对于房屋的抗震性能有了更高的要求，这也就要求相关的房屋设计人员对房屋底部框架结构抗震墙的抗震能力进行优化设计，从日本建筑的设计角度入手，参考一些先进的设计理念，进一步提升我国房屋建筑抗震结构性能，通过制定科学合理的设计方案，从而确保实现房屋建筑的抗震设计目标。

参考文献：

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