淺談底層框架多層磚結構抗震設計的常見問題第31卷第22期?78?2005年11月山西建筑SHANXIARCHITE(UREVoI.31No.22NOV.2005文章編號:10096825(2005)22007802淺談底層框架多層磚結構抗震設計的常見問題劉紅兵摘要:分析了底層框架多層磚房抗震設防存在的問題,從建筑體型,抗震墻,構件,上部磚砌體介紹了概念設計的重要性,指出設計中應注意的有關事項,以達到抗震目的.關鍵詞:底層框架,結構,抗震設計中圖分類號:TU352.1文獻標識碼:A引言底層框架多層磚結構建筑,由于功能安排靈活,施工簡單,造價低廉,從而受到業主的特別青睞.這類建筑在城市住宅小區的公共建筑中更為普遍,一些鄰街建筑和綜合使用的小區建筑,將多層磚結構房屋的底層設計為框架結構,形成大空間,以滿足辦公,小超市,餐飲服務業,車庫等特殊需求.據不完全統計在漣水縣城區的鄰街建筑中占60%以上,而且為了滿足美觀和裝飾裝潢的要求,絕大多數都開有很大的門窗洞,有些私人業主的自建房屋,為了充分利用底層(比如作為餐飲服務業的大廳),將底層柱網設計為72001TI1Tt72001TI1Tt,更有業主要求設計師甚至自作主張修改設計方案,以達到增大空間或改善空間使用效果的目的,取消部分框架柱.然而,這類建筑上部各層縱橫墻密集,不僅重量大,而且側向剛度也大;下部多為1層2層的框架結構,其側向剛度比上部小得多,形成一種典型的”上剛下柔”的結構體系.從抗震的角度來看,這種底層與上部各層材料不同,層間剛度,變形和極限承載力顯著差異,受力情況非常復雜,加之地震力的不確定性和復雜性.因此,在一定程度上增加了抗震設計的難度.正好位于受拉鋼筋合力點處.因此Gs=0.=x/h0.其中,z為受壓區高度;hoi為截面任意位置上鋼筋A合力點至截面上邊緣的距離.3算例文中所選的算例來自文獻2中的一個”z”形短柱模型,模型按1/3縮尺,高為520rn/Tt,尺寸及其配筋如圖2所示,”z”形柱截面縱向受力鋼筋采用HPB235,箍筋用8號鐵絲制作.模型用C30細石混凝土澆筑,實測混凝土強度與設計值接近.運用文中計算式計算出柱底部正截面彎矩,再反推出水平承載力,并與文獻2中的實測結果進行比較.如圖2所示,在純彎曲對稱配筋的情況下,受壓區高度.27=1201TI1Tt,查表得到=0.614.而h0h一r+a190rfllTl,繭:x/ho=0.632,所以2=(繭一0.8)/(一0.8)=190.2N/,而ho=has=240mlTl一10rfllTl230rfllTl,因為,z,hi,所以:M=alfcbfTc(.一)一Ot1(6rb)(zhi)(h0一hj)一Designmethodf0rZ.shaped文中就底層框架多層磚房抗震設防存在的問題作分析討論.1常見問題1.1房屋體型臨街建筑有時由于建筑地形的限制,或為了形成街景,投資商或私人業主常要求設計單位在建筑體型上避免方方正正而賦予變化,在建筑立面上追求美化.主要表現在:1)建筑平面因地勢需要設計轉折,或為了增加美觀設置折線形或曲線形的凹凸;2)結構平面凹凸不規則,有的突出或凹進的尺寸大于相應尺寸的30%,使得部分框架梁不連續;3)上部砌體總層數不一致,有的層差達到兩層甚至以上;4)樓板局部不連續或剛度突變,出現樓板錯層,或樓板開洞率太大,有效樓板面積不足結構典型平面的50%;5)為了滿足底層不大的空間利用,下部框架投影面積大大超過上部磚房面積,質量出現較大偏心,使結構出現較大的不規則扭轉;6)樓層之間的剛度和承載力變化明顯,變化率超過20%30%以上.1.2層數與總高度+.A(ho一乜)+/1(ho+乜hi)一Gs2A1(一2n)=66354711N1TI1Tt,F=M/520=127.61kN.文獻2中實測值F章=126.34kN,相對誤差S=1.0%.4結語文中建立了Z形柱正截面配筋計算的基本方程式,提出了分別考慮不同受壓區高度的幾種計算方法.采用文中的基本方程式對一例題進行了計算,并和文獻2中實測值進行了對比,發現兩者吻合良好.當然對于Z形截面柱可能會處于雙向偏壓狀態,承載能力的計算方法還有待于進一步研究.參考文獻:1GB500102002,混凝土結構設計規范s.2曹萬林,黃選明.帶暗柱Z形短柱抗震性能試驗研究J.地震工程與工程振動.2003(3):1820.reinforcedconcretecolumns,)lLi-chengAbstract.TheelementarycalculationformulasforZ-shapedreinforcedconcretecolunlnsareestablishedandtherelevantdesignmethodsareputforwardinthepaper.Thecalculatedvalueandthetestvaluearecompared.Itisprovedthattheyaretalliedwel1.Keywords:Zshapedcolumns,reinforcedconcrete,designmethod收稿日期:20050726作者簡介:劉紅兵(1969一),男,1999年畢業于揚州大學建筑工程專業,工程師,漣水縣建筑設計有限公司,江蘇漣水223400磊212月il劉紅兵:淺談底層框架多層磚結構抗震設計的常見問題?79?由于底層框架磚房的結構特殊性,抗規對其層數與高度都提出了明確的要求,以淮安地區7度抗震設防為例:底層框架結構層數不宜超過六層,高度不宜超過19m.現實并非如此,有些私營業主為了提高經濟效益,要求設計單位背離抗規的意愿,突破總層數和總高度的限制.比如:漣水縣城某單位綜合樓出現底一層框架上部7層磚房和半層閣樓,總8層半;淮安市區某繁華地區的小區臨街建筑,投資商為了追求利益最大化,將原有設計方案底部兩層框架上部六層磚房和半層閣樓,私自改變為上部7層磚混住宅,總層數達到9層,高度超過30m.1.3框架結構框架的設計問題出現的形式多樣:1)框架柱網不規則,開間不均勻;2)底部框架梁跨度太大,曾出現9m跨度,必然導致”強梁弱柱”;3)框架梁柱截面偏小,表現為”剪壓比”和”軸壓比”超標;4)梁柱的縱向配筋率和體積配筋率小于抗震要求;5)起轉換作用樓面的次梁設置不合理,有的偏少,有的不便于施工等等.1.4抗震墻底框結構沒有按要求設置抗震墻,主要表現在:1)追求經濟效益,減少抗震墻數量,間距突破國家規范抗規的要求,7度區超過21m;2)強調空間功能分布,抗震墻分布不對稱,不均勻;3)有的工程第二層抗震墻布置過多,在淮安地區7度抗震設防,第二層與底層側移剛度比值大于3,使薄弱層上移,由于多層砌體房屋結構變形,耗能能力差,地震時破壞往往更加嚴重;4)剪力墻沒有注明抗震等級.1.5轉換樓層的現澆板及上部砌體底層框架多層磚結構的底層樓蓋具有轉換層的功能和要求,我國現行抗規規定,底層框架多層磚結構的底層樓蓋應采用現澆樓蓋,但有些設計中轉換層樓蓋現澆板較薄,無雙層雙向配筋,不能形成有效的轉換層來傳遞水平地震力.構造柱普遍數量不足,沒有按規范要求在必要的部位設置構造柱,或者構造柱,圈梁配筋偏小,沒有注明先砌墻后澆梁柱.2抗震概念設計2.1概念設計的重要性大量的震害表明,結構抗震性能的決定因素是良好的”概念設計”.概念設計的目的在于合理地選擇結構形式,并通過構造措施來滿足”大震不倒”的要求.設計師在提高抗震設計意識和水平的同時,建筑方案的選擇不受業主的干擾,避免建筑的形狀,尺寸,布局等表現出明顯的抗震缺陷.結構方案更不能受業主的經濟觀念和使用功能的影響,降低下部結構的延性,使抗震墻的數量,形式,布置嚴重不合理,包括構件的構造措施不力等.2.2建筑體型的概念設計建筑體型應力求簡單,規則,對稱,質量和剛度分布均勻.建筑和結構的布局是否對抗震有利,是抗震設計首先遇到的問題,簡單對稱的建筑設計,有利于質量和剛度的均勻分布,建筑物在地震時的實際反應和設計時的分析容易一致,且有利于細部構件的處理.凹凸不平的立面和高低不同的錯層,雖然可以獲得較好的外形,但結構的地震效應變得非常復雜,結構處理變得極為困難.對于存在的建筑體型不規則,應采取有效的解決方案,如用抗震縫分離,減少質量偏心,多設置抗震墻等.2.3抗震墻的概念設計1)抗震墻的數量.抗震墻的數量主要受層間側移剛度比的影響,對層間側移剛度比可以參考文獻2,與此同時,同一結構最好采用同一種抗震墻.2)抗震墻的形式.抗震墻作為抗側力的主要構件,其高寬比一般較小,在地震水平力的作用下屬于脆性破壞,一般高寬比宜在1.52.5之間.3)抗震墻的布置.抗震墻的布置應使縱向和橫向側移剛度中心盡可能與整幢房屋的質量中心相重合,并將縱橫向抗震墻盡量布置在房屋兩端,縱橫墻宜成組布置,組成T型,L型等,使兩個方向抗側移剛度盡量接近,最大間距應不超過抗規的限值.2.4構件的概念設計抗震結構的各類構件應具有必要的強度和剛度,并具有可靠的連接.避免非結構構件的不合理設置,從而導致主體結構受力不合理,地震時出現過早破壞.因此,可以采取以下措施:做好細部構造;防止非結構構件直接參與抗震作用;防止非結構構件在地震作用下出現平面倒塌;避免非結構構件出現連續破壞.2.5上部磚砌體的概念設計保證上部結構的強度和剛度,提高上部磚結構的延性也十分重要.尤其是作為轉換的墻體和樓面,應提高磚砌塊和砂漿的強度,使底層框架和抗震墻能夠更有效地承擔地震水平作用.因此,兼做轉換層的現澆樓面的厚度不應小于150mm,混凝土強度等級不低于C20,構造柱在樓梯間四角,各橫墻與內外縱墻交接處,內墻局部較小的墻垛處有較大洞口的兩側均應設置,且配筋要加大一級.必須注明先砌墻后澆底框的梁柱.對于底框中的低矮鋼筋混凝土墻,應設置為開豎縫.在豎縫處水平鋼筋斷開,在豎縫兩側設置暗柱,暗柱范圍為1.5倍的墻厚,主筋可采用4,b16,箍筋可采用怊箍筋間距不宜大于200mm,在豎縫處放置兩塊厚度為35mm,寬度與混凝土墻同厚的預制鋼筋混凝土板.3結語在底層框架多層磚房抗震設計時,首先,應排除業主的經濟性影響;其次,結構體型和結構方案的選擇應以安全為前提,力求簡單,規則,對稱;再次,剪力墻的布置也是非常重要的問題,不能因功能和造價等問題,而減少甚至忽略.總之,這類房屋的抗震設計要從”概念設計,強度驗算,構造措施”等三方面來保證,以達到抗規所提出的”三個設防水準”的原則要求,做到地震時破壞機理明確合理,達到在罕遇地震下裂而不倒,減少人民生命財產的損失.參考文獻:1GB50011200l,建筑抗震設計規范S.2高小旺.底層框架抗震墻磚房抗震設計計算若干問題的研究J.建筑科學,1995(4):1012.3郭繼武.建筑抗震設計M.北京:高等教育出版社,1990.CommonproblemsencounteredinseismicdesignofmultistorymasonrybuildingwithframestructureatthefirstfloorLIUHong-bingAbstract:Theproblemsexistedinseismicdesignofmultistorymasonrybuildingwithframestructureatthefirstfloorareanalyzed.Fr