浅谈底层框架多层砖结构抗震设计的常见问题.doc

浅谈底层框架多层砖结构抗震设计的常见问题第31卷第22期?78?2005年11月山西建筑SHANXIARCHITE(UREVoI.31No.22NOV.2005文章编号:10096825(2005)22007802浅谈底层框架多层砖结构抗震设计的常见问题刘红兵摘要:分析了底层框架多层砖房抗震设防存在的问题,从建筑体型,抗震墙,构件,上部砖砌体介绍了概念设计的重要性,指出设计中应注意的有关事项,以达到抗震目的.关键词:底层框架,结构,抗震设计中图分类号:TU352.1文献标识码:A引言底层框架多层砖结构建筑,由于功能安排灵活,施工简单,造价低廉,从而受到业主的特别青睐.这类建筑在城市住宅小区的公共建筑中更为普遍,一些邻街建筑和综合使用的小区建筑,将多层砖结构房屋的底层设计为框架结构,形成大空间,以满足办公,小超市,餐饮服务业,车库等特殊需求.据不完全统计在涟水县城区的邻街建筑中占60%以上,而且为了满足美观和装饰装潢的要求,绝大多数都开有很大的门窗洞,有些私人业主的自建房屋,为了充分利用底层(比如作为餐饮服务业的大厅),将底层柱网设计为72001TI1Tt72001TI1Tt,更有业主要求设计师甚至自作主张修改设计方案,以达到增大空间或改善空间使用效果的目的,取消部分框架柱.然而,这类建筑上部各层纵横墙密集,不仅重量大,而且侧向刚度也大;下部多为1层2层的框架结构,其侧向刚度比上部小得多,形成一种典型的”上刚下柔”的结构体系.从抗震的角度来看,这种底层与上部各层材料不同,层间刚度,变形和极限承载力显着差异,受力情况非常复杂,加之地震力的不确定性和复杂性.因此,在一定程度上增加了抗震设计的难度.正好位于受拉钢筋合力点处.因此Gs=0.=x/h0.其中,z为受压区高度;hoi为截面任意位置上钢筋A合力点至截面上边缘的距离.3算例文中所选的算例来自文献2中的一个”z”形短柱模型,模型按1/3缩尺,高为520rn/Tt,尺寸及其配筋如图2所示,”z”形柱截面纵向受力钢筋采用HPB235,箍筋用8号铁丝制作.模型用C30细石混凝土浇筑,实测混凝土强度与设计值接近.运用文中计算式计算出柱底部正截面弯矩,再反推出水平承载力,并与文献2中的实测结果进行比较.如图2所示,在纯弯曲对称配筋的情况下,受压区高度.27=1201TI1Tt,查表得到=0.614.而h0h一r+a190rfllTl,茧:x/ho=0.632,所以2=(茧一0.8)/(一0.8)=190.2N/,而ho=has=240mlTl一10rfllTl230rfllTl,因为,z,hi,所以:M=alfcbfTc(.一)一Ot1(6rb)(zhi)(h0一hj)一Designmethodf0rZ.shaped文中就底层框架多层砖房抗震设防存在的问题作分析讨论.1常见问题1.1房屋体型临街建筑有时由于建筑地形的限制,或为了形成街景,投资商或私人业主常要求设计单位在建筑体型上避免方方正正而赋予变化,在建筑立面上追求美化.主要表现在:1)建筑平面因地势需要设计转折,或为了增加美观设置折线形或曲线形的凹凸;2)结构平面凹凸不规则,有的突出或凹进的尺寸大于相应尺寸的30%,使得部分框架梁不连续;3)上部砌体总层数不一致,有的层差达到两层甚至以上;4)楼板局部不连续或刚度突变,出现楼板错层,或楼板开洞率太大,有效楼板面积不足结构典型平面的50%;5)为了满足底层不大的空间利用,下部框架投影面积大大超过上部砖房面积,质量出现较大偏心,使结构出现较大的不规则扭转;6)楼层之间的刚度和承载力变化明显,变化率超过20%30%以上.1.2层数与总高度+.A(ho一乜)+/1(ho+乜hi)一Gs2A1(一2n)=66354711N1TI1Tt,F=M/520=127.61kN.文献2中实测值F章=126.34kN,相对误差S=1.0%.4结语文中建立了Z形柱正截面配筋计算的基本方程式,提出了分别考虑不同受压区高度的几种计算方法.采用文中的基本方程式对一例题进行了计算,并和文献2中实测值进行了对比,发现两者吻合良好.当然对于Z形截面柱可能会处于双向偏压状态,承载能力的计算方法还有待于进一步研究.参考文献:1GB500102002,混凝土结构设计规范s.2曹万林,黄选明.带暗柱Z形短柱抗震性能试验研究J.地震工程与工程振动.2003(3):1820.reinforcedconcretecolumns,)lLi-chengAbstract.TheelementarycalculationformulasforZ-shapedreinforcedconcretecolunlnsareestablishedandtherelevantdesignmethodsareputforwardinthepaper.Thecalculatedvalueandthetestvaluearecompared.Itisprovedthattheyaretalliedwel1.Keywords:Zshapedcolumns,reinforcedconcrete,designmethod收稿日期:20050726作者简介:刘红兵(1969一),男,1999年毕业于扬州大学建筑工程专业,工程师,涟水县建筑设计有限公司,江苏涟水223400磊212月il刘红兵:浅谈底层框架多层砖结构抗震设计的常见问题?79?由于底层框架砖房的结构特殊性,抗规对其层数与高度都提出了明确的要求,以淮安地区7度抗震设防为例:底层框架结构层数不宜超过六层,高度不宜超过19m.现实并非如此,有些私营业主为了提高经济效益,要求设计单位背离抗规的意愿,突破总层数和总高度的限制.比如:涟水县城某单位综合楼出现底一层框架上部7层砖房和半层阁楼,总8层半;淮安市区某繁华地区的小区临街建筑,投资商为了追求利益最大化,将原有设计方案底部两层框架上部六层砖房和半层阁楼,私自改变为上部7层砖混住宅,总层数达到9层,高度超过30m.1.3框架结构框架的设计问题出现的形式多样:1)框架柱网不规则,开间不均匀;2)底部框架梁跨度太大,曾出现9m跨度,必然导致”强梁弱柱”;3)框架梁柱截面偏小,表现为”剪压比”和”轴压比”超标;4)梁柱的纵向配筋率和体积配筋率小于抗震要求;5)起转换作用楼面的次梁设置不合理,有的偏少,有的不便于施工等等.1.4抗震墙底框结构没有按要求设置抗震墙,主要表现在:1)追求经济效益,减少抗震墙数量,间距突破国家规范抗规的要求,7度区超过21m;2)强调空间功能分布,抗震墙分布不对称,不均匀;3)有的工程第二层抗震墙布置过多,在淮安地区7度抗震设防,第二层与底层侧移刚度比值大于3,使薄弱层上移,由于多层砌体房屋结构变形,耗能能力差,地震时破坏往往更加严重;4)剪力墙没有注明抗震等级.1.5转换楼层的现浇板及上部砌体底层框架多层砖结构的底层楼盖具有转换层的功能和要求,我国现行抗规规定,底层框架多层砖结构的底层楼盖应采用现浇楼盖,但有些设计中转换层楼盖现浇板较薄,无双层双向配筋,不能形成有效的转换层来传递水平地震力.构造柱普遍数量不足,没有按规范要求在必要的部位设置构造柱,或者构造柱,圈梁配筋偏小,没有注明先砌墙后浇梁柱.2抗震概念设计2.1概念设计的重要性大量的震害表明,结构抗震性能的决定因素是良好的”概念设计”.概念设计的目的在于合理地选择结构形式,并通过构造措施来满足”大震不倒”的要求.设计师在提高抗震设计意识和水平的同时,建筑方案的选择不受业主的干扰,避免建筑的形状,尺寸,布局等表现出明显的抗震缺陷.结构方案更不能受业主的经济观念和使用功能的影响,降低下部结构的延性,使抗震墙的数量,形式,布置严重不合理,包括构件的构造措施不力等.2.2建筑体型的概念设计建筑体型应力求简单,规则,对称,质量和刚度分布均匀.建筑和结构的布局是否对抗震有利,是抗震设计首先遇到的问题,简单对称的建筑设计,有利于质量和刚度的均匀分布,建筑物在地震时的实际反应和设计时的分析容易一致,且有利于细部构件的处理.凹凸不平的立面和高低不同的错层,虽然可以获得较好的外形,但结构的地震效应变得非常复杂,结构处理变得极为困难.对于存在的建筑体型不规则,应采取有效的解决方案,如用抗震缝分离,减少质量偏心,多设置抗震墙等.2.3抗震墙的概念设计1)抗震墙的数量.抗震墙的数量主要受层间侧移刚度比的影响,对层间侧移刚度比可以参考文献2,与此同时,同一结构最好采用同一种抗震墙.2)抗震墙的形式.抗震墙作为抗侧力的主要构件,其高宽比一般较小,在地震水平力的作用下属于脆性破坏,一般高宽比宜在1.52.5之间.3)抗震墙的布置.抗震墙的布置应使纵向和横向侧移刚度中心尽可能与整幢房屋的质量中心相重合,并将纵横向抗震墙尽量布置在房屋两端,纵横墙宜成组布置,组成T型,L型等,使两个方向抗侧移刚度尽量接近,最大间距应不超过抗规的限值.2.4构件的概念设计抗震结构的各类构件应具有必要的强度和刚度,并具有可靠的连接.避免非结构构件的不合理设置,从而导致主体结构受力不合理,地震时出现过早破坏.因此,可以采取以下措施:做好细部构造;防止非结构构件直接参与抗震作用;防止非结构构件在地震作用下出现平面倒塌;避免非结构构件出现连续破坏.2.5上部砖砌体的概念设计保证上部结构的强度和刚度,提高上部砖结构的延性也十分重要.尤其是作为转换的墙体和楼面,应提高砖砌块和砂浆的强度,使底层框架和抗震墙能够更有效地承担地震水平作用.因此,兼做转换层的现浇楼面的厚度不应小于150mm,混凝土强度等级不低于C20,构造柱在楼梯间四角,各横墙与内外纵墙交接处,内墙局部较小的墙垛处有较大洞口的两侧均应设置,且配筋要加大一级.必须注明先砌墙后浇底框的梁柱.对于底框中的低矮钢筋混凝土墙,应设置为开竖缝.在竖缝处水平钢筋断开,在竖缝两侧设置暗柱,暗柱范围为1.5倍的墙厚,主筋可采用4,b16,箍筋可采用怊箍筋间距不宜大于200mm,在竖缝处放置两块厚度为35mm,宽度与混凝土墙同厚的预制钢筋混凝土板.3结语在底层框架多层砖房抗震设计时,首先,应排除业主的经济性影响;其次,结构体型和结构方案的选择应以安全为前提,力求简单,规则,对称;再次,剪力墙的布置也是非常重要的问题,不能因功能和造价等问题,而减少甚至忽略.总之,这类房屋的抗震设计要从”概念设计,强度验算,构造措施”等三方面来保证,以达到抗规所提出的”三个设防水准”的原则要求,做到地震时破坏机理明确合理,达到在罕遇地震下裂而不倒,减少人民生命财产的损失.参考文献:1GB50011200l,建筑抗震设计规范S.2高小旺.底层框架抗震墙砖房抗震设计计算若干问题的研究J.建筑科学,1995(4):1012.3郭继武.建筑抗震设计M.北京:高等教育出版社,1990.CommonproblemsencounteredinseismicdesignofmultistorymasonrybuildingwithframestructureatthefirstfloorLIUHong-bingAbstract:Theproblemsexistedinseismicdesignofmultistorymasonrybuildingwithframestructureatthefirstfloorareanalyzed.Fr