淺談底層框架多層磚結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的常見問題.doc

淺談底層框架多層磚結(jié)構(gòu)抗震設(shè)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)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(shè)防存在的問題,從建筑體型,抗震墻,構(gòu)件,上部磚砌體介紹了概念設(shè)計的重要性,指出設(shè)計中應(yīng)注意的有關(guān)事項,以達(dá)到抗震目的.關(guān)鍵詞:底層框架,結(jié)構(gòu),抗震設(shè)計中圖分類號:TU352.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A引言底層框架多層磚結(jié)構(gòu)建筑,由于功能安排靈活,施工簡單,造價低廉,從而受到業(yè)主的特別青睞.這類建筑在城市住宅小區(qū)的公共建筑中更為普遍,一些鄰街建筑和綜合使用的小區(qū)建筑,將多層磚結(jié)構(gòu)房屋的底層設(shè)計為框架結(jié)構(gòu),形成大空間,以滿足辦公,小超市,餐飲服務(wù)業(yè),車庫等特殊需求.據(jù)不完全統(tǒng)計在漣水縣城區(qū)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(shù)都開有很大的門窗洞,有些私人業(yè)主的自建房屋,為了充分利用底層(比如作為餐飲服務(wù)業(yè)的大廳),將底層柱網(wǎng)設(shè)計為72001TI1Tt72001TI1Tt,更有業(yè)主要求設(shè)計師甚至自作主張修改設(shè)計方案,以達(dá)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(cè)向剛度也大;下部多為1層2層的框架結(jié)構(gòu),其側(cè)向剛度比上部小得多,形成一種典型的”上剛下柔”的結(jié)構(gòu)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(fù)雜,加之地震力的不確定性和復(fù)雜性.因此,在一定程度上增加了抗震設(shè)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(qū)高度;hoi為截面任意位置上鋼筋A(yù)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(xiàn)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(xì)石混凝土澆筑,實測混凝土強度與設(shè)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(xiàn)2中的實測結(jié)果進(jìn)行比較.如圖2所示,在純彎曲對稱配筋的情況下,受壓區(qū)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(shè)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(yè)主常要求設(shè)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(xiàn)在:1)建筑平面因地勢需要設(shè)計轉(zhuǎn)折,或為了增加美觀設(shè)置折線形或曲線形的凹凸;2)結(jié)構(gòu)平面凹凸不規(guī)則,有的突出或凹進(jìn)的尺寸大于相應(yīng)尺寸的30%,使得部分框架梁不連續(xù);3)上部砌體總層數(shù)不一致,有的層差達(dá)到兩層甚至以上;4)樓板局部不連續(xù)或剛度突變,出現(xiàn)樓板錯層,或樓板開洞率太大,有效樓板面積不足結(jié)構(gòu)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(zhì)量出現(xiàn)較大偏心,使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的不規(guī)則扭轉(zhuǎn);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(shù)與總高度+.A(ho一乜)+/1(ho+乜hi)一Gs2A1(一2n)=66354711N1TI1Tt,F=M/520=127.61kN.文獻(xiàn)2中實測值F章=126.34kN,相對誤差S=1.0%.4結(jié)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(qū)高度的幾種計算方法.采用文中的基本方程式對一例題進(jìn)行了計算,并和文獻(xiàn)2中實測值進(jìn)行了對比,發(fā)現(xiàn)兩者吻合良好.當(dāng)然對于Z形截面柱可能會處于雙向偏壓狀態(tài),承載能力的計算方法還有待于進(jìn)一步研究.參考文獻(xiàn):1GB500102002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)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(yè)于揚州大學(xué)建筑工程專業(yè),工程師,漣水縣建筑設(shè)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(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的常見問題?79?由于底層框架磚房的結(jié)構(gòu)特殊性,抗規(guī)對其層數(shù)與高度都提出了明確的要求,以淮安地區(qū)7度抗震設(shè)防為例:底層框架結(jié)構(gòu)層數(shù)不宜超過六層,高度不宜超過19m.現(xiàn)實并非如此,有些私營業(yè)主為了提高經(jīng)濟(jì)效益,要求設(shè)計單位背離抗規(guī)的意愿,突破總層數(shù)和總高度的限制.比如:漣水縣城某單位綜合樓出現(xiàn)底一層框架上部7層磚房和半層閣樓,總8層半;淮安市區(qū)某繁華地區(qū)的小區(qū)臨街建筑,投資商為了追求利益最大化,將原有設(shè)計方案底部兩層框架上部六層磚房和半層閣樓,私自改變?yōu)樯喜?層磚混住宅,總層數(shù)達(dá)到9層,高度超過30m.1.3框架結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計問題出現(xiàn)的形式多樣:1)框架柱網(wǎng)不規(guī)則,開間不均勻;2)底部框架梁跨度太大,曾出現(xiàn)9m跨度,必然導(dǎo)致”強梁弱柱”;3)框架梁柱截面偏小,表現(xiàn)為”剪壓比”和”軸壓比”超標(biāo);4)梁柱的縱向配筋率和體積配筋率小于抗震要求;5)起轉(zhuǎn)換作用樓面的次梁設(shè)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(jié)構(gòu)沒有按要求設(shè)置抗震墻,主要表現(xiàn)在:1)追求經(jīng)濟(jì)效益,減少抗震墻數(shù)量,間距突破國家規(guī)范抗規(guī)的要求,7度區(qū)超過21m;2)強調(diào)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(qū)7度抗震設(shè)防,第二層與底層側(cè)移剛度比值大于3,使薄弱層上移,由于多層砌體房屋結(jié)構(gòu)變形,耗能能力差,地震時破壞往往更加嚴(yán)重;4)剪力墻沒有注明抗震等級.1.5轉(zhuǎn)換樓層的現(xiàn)澆板及上部砌體底層框架多層磚結(jié)構(gòu)的底層樓蓋具有轉(zhuǎn)換層的功能和要求,我國現(xiàn)行抗規(guī)規(guī)定,底層框架多層磚結(jié)構(gòu)的底層樓蓋應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋,但有些設(shè)計中轉(zhuǎn)換層樓蓋現(xiàn)澆板較薄,無雙層雙向配筋,不能形成有效的轉(zhuǎn)換層來傳遞水平地震力.構(gòu)造柱普遍數(shù)量不足,沒有按規(guī)范要求在必要的部位設(shè)置構(gòu)造柱,或者構(gòu)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(shè)計2.1概念設(shè)計的重要性大量的震害表明,結(jié)構(gòu)抗震性能的決定因素是良好的”概念設(shè)計”.概念設(shè)計的目的在于合理地選擇結(jié)構(gòu)形式,并通過構(gòu)造措施來滿足”大震不倒”的要求.設(shè)計師在提高抗震設(shè)計意識和水平的同時,建筑方案的選擇不受業(yè)主的干擾,避免建筑的形狀,尺寸,布局等表現(xiàn)出明顯的抗震缺陷.結(jié)構(gòu)方案更不能受業(yè)主的經(jīng)濟(jì)觀念和使用功能的影響,降低下部結(jié)構(gòu)的延性,使抗震墻的數(shù)量,形式,布置嚴(yán)重不合理,包括構(gòu)件的構(gòu)造措施不力等.2.2建筑體型的概念設(shè)計建筑體型應(yīng)力求簡單,規(guī)則,對稱,質(zhì)量和剛度分布均勻.建筑和結(jié)構(gòu)的布局是否對抗震有利,是抗震設(shè)計首先遇到的問題,簡單對稱的建筑設(shè)計,有利于質(zhì)量和剛度的均勻分布,建筑物在地震時的實際反應(yīng)和設(shè)計時的分析容易一致,且有利于細(xì)部構(gòu)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(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)變得非常復(fù)雜,結(jié)構(gòu)處理變得極為困難.對于存在的建筑體型不規(guī)則,應(yīng)采取有效的解決方案,如用抗震縫分離,減少質(zhì)量偏心,多設(shè)置抗震墻等.2.3抗震墻的概念設(shè)計1)抗震墻的數(shù)量.抗震墻的數(shù)量主要受層間側(cè)移剛度比的影響,對層間側(cè)移剛度比可以參考文獻(xiàn)2,與此同時,同一結(jié)構(gòu)最好采用同一種抗震墻.2)抗震墻的形式.抗震墻作為抗側(cè)力的主要構(gòu)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(yīng)使縱向和橫向側(cè)移剛度中心盡可能與整幢房屋的質(zhì)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(cè)移剛度盡量接近,最大間距應(yīng)不超過抗規(guī)的限值.2.4構(gòu)件的概念設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)的各類構(gòu)件應(yīng)具有必要的強度和剛度,并具有可靠的連接.避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的不合理設(shè)置,從而導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)受力不合理,地震時出現(xiàn)過早破壞.因此,可以采取以下措施:做好細(xì)部構(gòu)造;防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件直接參與抗震作用;防止非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震作用下出現(xiàn)平面倒塌;避免非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)連續(xù)破壞.2.5上部磚砌體的概念設(shè)計保證上部結(jié)構(gòu)的強度和剛度,提高上部磚結(jié)構(gòu)的延性也十分重要.尤其是作為轉(zhuǎn)換的墻體和樓面,應(yīng)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(dān)地震水平作用.因此,兼做轉(zhuǎn)換層的現(xiàn)澆樓面的厚度不應(yīng)小于150mm,混凝土強度等級不低于C20,構(gòu)造柱在樓梯間四角,各橫墻與內(nèi)外縱墻交接處,內(nèi)墻局部較小的墻垛處有較大洞口的兩側(cè)均應(yīng)設(shè)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(yīng)設(shè)置為開豎縫.在豎縫處水平鋼筋斷開,在豎縫兩側(cè)設(shè)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(yù)制鋼筋混凝土板.3結(jié)語在底層框架多層磚房抗震設(shè)計時,首先,應(yīng)排除業(yè)主的經(jīng)濟(jì)性影響;其次,結(jié)構(gòu)體型和結(jié)構(gòu)方案的選擇應(yīng)以安全為前提,力求簡單,規(guī)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(shè)計要從”概念設(shè)計,強度驗算,構(gòu)造措施”等三方面來保證,以達(dá)到抗規(guī)所提出的”三個設(shè)防水準(zhǔn)”的原則要求,做到地震時破壞機(jī)理明確合理,達(dá)到在罕遇地震下裂而不倒,減少人民生命財產(chǎn)的損失.參考文獻(xiàn):1GB50011200l,建筑抗震設(shè)計規(guī)范S.2高小旺.底層框架抗震墻磚房抗震設(shè)計計算若干問題的研究J.建筑科學(xué),1995(4):1012.3郭繼武.建筑抗震設(shè)計M.北京:高等教育出版社,1990.CommonproblemsencounteredinseismicdesignofmultistorymasonrybuildingwithframestructureatthefirstfloorLIUHong-bingAbstract:Theproblemsexistedinseismicdesignofmultistorymasonrybuildingwithframestructureatthefirstfloorareanalyzed.Fr