底部框架—抗震墙房屋的设计.doc

底部框架—抗震墙房屋的设计一、前言对城镇临街建筑及居民小区建筑，经常要考虑到商业经营和办公的需要，做成底层框架－抗震墙、上部多层砌体房屋，以增加底层空间、便于灵活布置。对于这种结构形式，从抗震上讲是不利的，但因其在使用上的方便性、灵活性以及造价低廉等优点而被广泛应用。本文将结合工程实例以及当前普遍使用的PKPM软件，对这种结构形式的设计作些阐述。二、底部框架－抗震墙房屋的震害及其分析底部框架－抗震墙房屋是由底层或底部两层为框架－抗震墙，上部为多层砖房构成。这类结构的底层或底部两层具有一定的抗侧力刚度和一定承载能力、变形能力以及耗能能力；上部多层砖房具有较大的抗侧力刚度和一定的承载能力，但变形和耗能能力相对较差。这类结构的整体抗震能力既决定于底部和上部各自的抗震能力，又决定于底部和上部的抗侧力刚度和抗震能力的相互匹配程度，也就是不能存在特别薄弱的楼层。震害调查和试验研究表明，当底层无抗震墙或抗震墙数量较少时，底部框架－抗震墙房屋的震害集中在底层框架部分，且墙比柱重，柱比梁重。破坏状态显示：抗震墙沿对角线方向发生剪切破坏（出现交叉斜裂缝），框架柱上下端产生水平裂缝并局部压溃，形成柱铰机构，个别框架梁两端出现竖向裂缝。震害原因在于结构上刚下柔或抗侧力刚度上强下弱，加之底层所受地震作用相对较大，造成底层框架－抗震墙变形过分集中，位移太大而丧失承载力破坏。而上部各层砌体除了部分因连接构造太差而发生失稳破坏，一般基本完好或轻微破坏（开裂），层间相对位移较小。当底层设置的抗震墙太多时，其震害现象与多层砌体房屋类似，一般是第二层墙体（即过渡层）破坏严重。三、底部框架－抗震墙房屋设计的注意事项建筑抗震设计规范（GB50011－2001）从结构布置、计算要点以及构造措施等方面对底部框架－抗震墙房屋的设计提出了具体要求。1．结构布置：底部框架－抗震墙房屋的层数和总高度的限制；房屋抗震横墙的间距限制，该项限制主要是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求，防止楼板平面出现过大的变形而不能使各层的地震作用传到抗震横墙上。上部砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐；房屋的底部，应沿纵横两方向设置一定数量的抗震墙，并应均匀对称布置或基本均匀对称布置。底部框架－抗震墙房屋的框架和抗震墙的抗震等级，6、7、8度可分别按三、二、一级采用。2．计算要点：层刚度比的控制，底层框架－抗震墙房屋的纵横两个方向，第二层与底层侧向刚度的比值，6、7度时不应大于2.5，8度时不应大于2.0，且均不应小于1.0。控制侧向刚度比，是为了使底部框架－抗震墙砖房的弹性位移反应较为均匀，减少在强烈地震作用下的弹塑性变形集中，从而提高整个房屋的整体抗震能力，防止底部结构出现过大的侧移而导致建筑物严重破坏。另外,侧向刚度比也不应小于1.0，即底层的纵、横向抗震墙也不应设置的过多，避免底层过强将薄弱层转移到上部的过渡层。在设计的过程中，设计人员按规范要求设置抗震墙后，过渡层与其下相邻层的刚度比的上限一般较容易满足，但下限“均不小于1.0”的要求很难满足。这一现象在底部密柱、层高较低时表现得尤为突出。碰到这种情况，有以下方法处理：减少底部抗震墙得数量；在上层墙体结构中增加构造柱（在墙体中部）；将部分剪力墙延伸到过渡层。地震作用的计算，对底层框架－抗震墙房屋，底层得纵向和横向地震剪力设计值应乘以增大系数，其值应允许根据第二层与底层侧向刚度比值得大小在1.2～1.5范围内选用。在程序设计①中，一般用公式(一层底框)(二层底框)对于式中0.17的系数，个人认为应采用0.20较好，这样更能和规范相统一起来。底层的设计地震剪力问题，规范中要求底层纵向和横向的地震剪力设计值应全部由该方向的抗震墙承担，并按各抗震墙侧向刚度比例分配。这样规定，主要是考虑到抗震墙的侧向刚度比框架的大很多，按刚度分配的话，框架承担的水平地震剪力仅占总水平地震剪力很小的一部分。从安全的角度出发，考虑到抗震墙的刚度降低将引起框架承担剪力的增大。规范规定，框架柱承担的地震剪力设计值按各抗侧力构件有效侧向刚度比例分配确定，底层倾覆力矩在抗震墙和框架柱间的分配问题，同时框架柱的轴力应计入地震倾覆力矩引起的附加轴力。3．构造措施：建筑抗震规范（GB50011-2001）7.5节，对底部框架-抗震墙房屋抗震构造措施进行了详细明确的规定，其中对该类型房屋的楼盖和托墙梁定为强制性条文，是我们在设计工作中必须严格遵守的。在此，对于构造措施不再一一赘述。四、利用PKPM软件进行底框房屋设计PKPMCAD系列建筑软件是目前使用最广的结构设计软件，底部框架－抗震墙结构可以由该软件中的SATWE或TAT、PK三个模块分别完成。软件计算原理：上部砌体结构的计算与把整体房屋视作砌体房屋相同；底部框架－抗震墙结构的计算，把房屋在底框顶层楼板处水平切开