底框砖混结构抗震设计探讨.docx

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底框砖混结构抗震设计探讨

土木工程教研室

建筑工程技术专业毕业论文

底框-砖混结构抗震设计探讨

班级：

08级建筑

（1）班

姓名：

郎来成

学号：

200801091118

成绩：

指导老师：

刘成才老师

土木工程教研室

2011年04月

摘要

在城市规划设计中，往往要求临街的住宅、办公楼等建筑在底层设置商店、饭店、邮局或银行等。

一些旅馆因使用功能上的要求，也往往要在底层设置门厅、食堂会议室等。

这样，房屋的上面几层为纵横墙较多的砌体承重结构，而底层则因使用要求上需要大空间的原因采用框架结构形成了砖混底层框架结构。

对这种结构，从抗震上来说是不太有利的，但因其在使用上的方便性和灵活性而被广泛采用。

基于对底部框架抗震墙结构抗震设计要求的分析，从底部框架抗震墙设计、过渡层设计出发，给出了抗震设计中应注意的几个问题，如：

注重设计、控制侧移刚度比、使结构体系合理等。

合理设计底部框架抗震墙砖房具有较大的抗震能力和良好的抗震性能与此同时，目前很多结构设计人员在对砖混底框结构的设计上还存在许多的疑问甚至误区，致使设计不符合抗震要求，给建筑物留下严重后患，因此很有必要对底层框架-上部砖混的结构方案进行探讨。

本文从设计的角度对提高底部框剪多层砌体房屋抗震性能的方法进行研究。

本文从此类房屋结构体系受力特点及抗震中的薄弱环节做了分析。

关键词：

抗震设计 设计要求底层框架-上部砖混抗震性能

Abstract

intheurbanplanningdesign,oftenrequestsconstructionsandsoonhousingwhich,officebuildingfacesthestreetinthefirstfloortoestablishthestore,thehotel,thepostofficeorthebankandsoon.Becausesomehotelsinusefunctionrequest,alsooftenmustestablishtheentrancehall,thecafeteriaconferenceroominthefirstfloorandsoon.Thus,houseaboveseveralforverticalcrosswallmanybricking-upload-bearingmembers,butbecausethefirstfloorintheoperationrequirementsneededbigspatialthereasontousetheportalframeconstructiontoformthebricktomixthefirstfloorportalframeconstruction.Tothiskindofstructure,isnottooadvantageousfromtheearthquakeresistance,butiswidelyusedbecauseofitintheuseconveniencesandtheflexibility.Basedontothebaseframeearthquakeresistancewallstructureaseismicdesignrequest'sanalysis,fromthebaseframeearthquakeresistancewalldesign,thetransitionallayerdesignembarked,hasgivenseveralquestionswhichintheaseismicdesignshouldpayattention,forexample:

Paysgreatattentiontodesign,thecontrolsidetomovetotherigiditycomparedto,tocausethestructuresystemreasonableandsoon.Thereasonabledesignbaseframeearthquakeresistancewallbrickhousehasthebigearthquakeresistanceabilityandthegoodearthquakeresistanceperformanceatthesametime,aremanyatpresentthestructuraldesignpersonnel,inmixestheunderframestructuretothebrickinthedesignalsotohavemanyquestionevenerroneouszones,thecausedesigndoesnotmeettheearthquakeresistancerequirement,leavesbehindtheseriousfuturetroubletothebuilding,thereforehasthenecessitytheorganizationplanwhichmixestothefirstfloorframe-upsidebricktocarryonthediscussionverymuch.Thisarticletoenhancesthebaseframefromthedesignangletocutthemulti-layeredbricking-uphouseearthquakeresistanceperformancethemethodtoconducttheresearch.Thisarticlehenceforthinthekindofbuildingframesystemstresscharacteristicandtheearthquakeresistanceweaklinkhasmadetheanalysis.

keyword:

Theaseismicdesigndesignrequirementsfirstfloorframe-upsidebrickmixesearthquakeresistanceperformance

目录

摘要a

Abstractb

引言1

1.房屋的平、立面布置2

1.1抗震墙间距要合理2

1.2纵横两方向应对称布置2

1.3抗震墙应沿建筑物的周边布置3

2.房屋的高度要限制、高宽比要适当3

2.1层数的限制3

2.2竖缝的设置3

2.2.1暗柱的设置4

2.2.2竖缝的设置4

2.2.3边框梁与竖缝交界处设置4

3.第二层与底层的侧移刚度比要控制4

3.1底层设计4

3.1.1适当部位布置墙体4

3.1.2底层的刚度中心与形心基本重合5

3.1.3底层布置成纵横向框架抗震墙体系5

3.2过渡层的设计5

3.2.1加强过渡层墙体的抗震构造措施5

3.2.2控制侧移刚度比值6

4.抗震墙的设计要点6

4.1抗震墙的间距要合理6

4.2抗震墙的布置要合理6

4.3抗震墙的高宽比要适当7

4.4底层抗震墙的配筋7

5.底层框架抗震墙砖房的结构体系7

5.1底层应设置为框架一抗震墙体系7

5.1.1纵、横向的双框架体系8

5.1.2底层框架抗震墙砖房的底层应设置为框架抗震墙体系8

5.2过渡楼层的抗震能力应适当加强8

6.底层与上部砖房部分的抗震能力相配8

7.设计的材料及构造要求9

7.1材料要求9

7.2构造要求9

7.2.1构造柱的构造要求9

7.2.2底部框架-抗震墙房屋的楼盖的构造要求9

7.2.3钢筋混凝土托墙梁的构造要求10

7.2.4底部框架-抗震墙的构造要求10

7.2.5底层采用普通砖抗震墙时的构造要求10

8．总结10

引言

 底部框剪多层砌体房屋在我国地震区一些中小城市的临街建筑中已被广泛采用，笔者曾对郑州市建筑做过详细的调查，发现此类有继续扩大使用的趋势。

房屋底部采用大空间的框剪结构，可用作商场、餐厅或停车场等，上部采用砌体结构，可用作住宅、办公用房或宾馆客房。

底部框剪多层砌体房屋由钢筋混凝土框架—抗震墙和上部砌体结构两种承重和抗侧力体系构成，底部刚度小于上部，是一种上刚下柔结构。

但是，上刚下柔结构房屋，抗震性能总体上较差，历次地震中破坏十分严重，如美国的San Fernando的Olive View医疗中心，在1971年2月9日的地震中，主楼底层柱严重酥裂，钢筋压曲。

南斯拉夫科普耶市十月街的一幢五层楼房，1963年地震后，上面各层几乎没有震害，而底层严重歪斜。

2008年5月12日我国汶川特大地震中，很多底框房屋倒塌，造成巨大的损失。

以及今年的日本地震中，此类建筑损害是较严重的。

同时，震害调查结果也表明，在7，8度区甚至在9度区，砖混结构房屋受轻微损坏，或者基本完好的例子也不少。

因此，在合理的抗震设计、良好的施工质量的前提下，底部框架抗震墙砌体房屋是可以获得满意的抗震能力的。

本文将从房屋结构设计的角度对底部框架-抗震墙砌体房屋抗震设计方法的相关问题进行探索和研究。

底层框架抗震墙砖房的底层框架抗震墙和上部砖混部分均有一定的抗震能力，但这两部分不同承重和抗侧力体系之间的抗震性能是有差异的，而且其过渡楼层的受力也比较复杂。

为了使这类房屋的抗震设计满足“小震”不坏，设防烈度可修和“大震”不倒的抗震设防目标，应符合下列基本要求。

1.房屋的平、立面布置

历次震害调查说明，体型复杂或结构构件（墙体、柱网等）布置不合理，将加重房屋的震害．对于底层框架抗震墙砖房，其抗震性能相对于多层钢筋砼房屋要差一些。

因此，这类房屋平、立面布置的规则要求应更严格一些，即房屋体型宜简单、对称，结构抗侧力构件的布置也应尽量对称，这样可以减少水平地震作用下的扭转。

布置一般满足以下要求：

1.1抗震墙间距要合理

《抗震规范》7.1.5对房屋抗震横墙的间距有明确规定，如：

7度区不应超过18米，6度区不不应超过21米。

底框结构房屋的横向地震力主要由横墙承担，不仅横墙须具有足够的承载力，而且楼盖须具有传递地震力给横墙的水平刚度，本条规定就是为了满足楼盖对传递水平地震力所需的刚度要求。

在满足抗震墙间距要求的前提下均匀分散的布置抗震墙会使结构具有合理的刚度和承载力分布。

1.2纵横两方向应对称布置

《抗震规范》7.1.8第2条：

底部两层框架-抗震墙房屋的底部，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。

一般情况下，沿横向比较容易实现对称布置，而纵向不容易满足，主要因为底框底层一般为车库或是商场，其正立面一般会开大洞口或落地通窗，从而造成沿建筑外纵墙只有一侧布置有抗震墙，这种布置方法虽然在计算时能通过，但其实是违背抗震墙的布置原则的，其结果使房屋的刚心与质心严重不重合，加大在地震作用下的整个结构扭转效应。

1.3抗震墙应沿建筑物的周边布置

周边就是指建筑物的外墙。

具体的说就是纵向指外纵墙，而横向指山墙和端开间内纵墙。

抗震墙沿建筑物的周边布置会使结构具有尽量大的抗扭刚度。

2.房屋的高度要限制、高宽比要适当　

在唐山大地震中，未经抗震设防的底层框架抗震墙砖房的破坏较为严重。

其主要原因是底层没有设置为框架抗震体系。

在震害较为严重的底层框架砖房中，底层为半框架沿街一跨为框架另一跨为砖墙承重体系，底层为内框架体系以及底层大部分为框架体系而山墙与楼梯间墙处不设框架梁柱等。

近些年来，通过对底层框架抗震墙砖房的模型试验和一系列分析研究，深入探讨了这类房屋的抗震性能，提出了改善底层低矮钢筋砼墙抗震性能，增强过渡楼层和房屋整体抗震能力的抗震设计方法和构造措施。

对房屋较为规则且沿竖向较为均匀和满足增强过渡搂层及房屋整体抗震能力要求的；其房屋总层数和总高度可适当放宽，但不应超过规范规定。

2.1层数的限制

《建筑抗震设计规范》GBJ11一89对这类房屋的总层数给予了较严格的限制，即6、7度区不宜超过六层，8度区不宜超过五层，9度区不宜超过三层，其总层数相对于该地区多层砖房的总层数均有所减少，在7、8、9度区减少一层。

在6度区减少二层。

2.2竖缝的设置

《抗震规范》7.5.5第2条规定，抗震墙宜开设洞口形成若干墙段，各墙段的高宽比不宜小于2。

（注：

墙段的高宽比指层高与墙长之比，对门窗洞边的小墙段指洞净高与洞侧墙宽之比。

）即凡是高宽比小于2的墙体都应该开设洞口。

对于即使开设洞口也无法满足高宽比要求的墙体，可在墙中设置竖缝的方法，墙体分成两个或三个高宽比大于1.5的墙板单元。

竖缝处的构造做法：

2.2.1暗柱的设置

竖缝两侧应设置暗柱。

暗柱截面高度为1.5倍的墙厚，纵筋不宜小于4Φ16，箍筋直径同墙体水平分布筋，间距不大于200mm。

2.2.2竖缝的设置

抗震墙的竖缝应开到梁底，水平钢筋在竖缝处断开竖缝的宽度可与墙厚相等，竖缝处可用预制钢筋混凝土块填入，并做好防水。

2.2.3边框梁与竖缝交界处设置

边框梁除满足其它箍筋加密要求外应在竖缝的两侧1.5倍梁高范围内箍筋加密，其箍筋间距不应大于100mm。

注：

房屋的总高度指室外地面到檐口高度，半地下室可从地下室内地面算起，全地下室可从室外地面算起。

上部砖房部分的层高，不宜超过3.6m。

上部砖房部分横墙的间距大4．2m的房间面积在一层内大于该层总面积的1／4时为横墙较少，对于上部砖房部分横墙较少者房屋总高度应降低3.0m，总层数应减少一层。

底层框架抗震墙砖房总高度与总宽度的最大比值，应符合规范的要求。

3.第二层与底层的侧移刚度比要控制　

3.1底层设计 

3.1.1适当部位布置墙体

底层为大商场等有大空间使用要求时，底层抗震墙（一般为砖墙）设置得很少，其底层的侧移刚度比纵横墙较多的第二层小得多。

这种结构由于其地震倾覆力矩主要由钢筋砼框架柱承担，使得底层钢筋砼框架柱的承载能力大为降低，底层成为较薄弱的楼层；在强烈地震作用下底层成为弹塑性变形和破坏集中的楼层，危及整个房屋的安全。

要解决以上问题，首先，建筑平面布置时，应考虑在适当部位布置一些墙体。

其次，采用钢筋砼抗震墙来代替砖抗震墙，一片相同厚度、高度和长度砼墙的抗侧刚度是砖墙的好几倍，既可减少墙面数又能保证底层的侧移刚度。

3.1.2底层的刚度中心与形心基本重合

建筑一面临街，且纵向临街面一般不布置抗震墙，使得抗震墙数量过少，底层平面布置不对称，导致在地震时产生扭转效应而加重房屋的破坏。

解决这个问题，应在沿街侧外纵墙上布置一定数量的钢筋砼抗震墙，另一侧外纵墙上布置刚度相当的砖抗震墙，使底层的刚度中心与形心基本重合。

3.1.3底层布置成纵横向框架抗震墙体系

才底层沿纵向分成几个较大空间，一些设计方案把分隔横墙设计成为带构造柱、圈梁的砖墙，使得底层的横向与纵向均不能形成完整的框架抗震墙体系。

在地震作用下这些分隔墙因侧移刚度大而先开裂，又因其承载能力和变形能力较钢筋永框架差而破坏严重，并且过早的退出工作，产生弹塑性内力重分布，导致底层框架抗震墙部分破坏严重。

因此，结构布置时必须将底层布置成纵横向框架抗震墙体系，避免以上问题的产生。

3.2过渡层的设计 

　　3.2.1加强过渡层墙体的抗震构造措施

抗震墙砖房的二层称为过渡层。

此层担负着传递上部的地震剪力和上部各层地震力对底层楼盖的倾覆力矩引起楼层转角对第二层层间位移的增大，因而此层受力复杂，也显得非常重要。

对于底部框架抗震墙砖房，当底层按抗震规范要求设置一定数量的抗震墙后，房屋底部的侧向刚度和水平承载力有较大提高；此时如果忽略过渡层墙体的侧向刚度和水平承载力的降低，可能使房屋的过渡层成为薄弱层；由于过渡层砖砌体的变形能力较底层相对较差，因而将降低这种房屋的抗震性能。

为避免上述情况发生，应加强过渡层墙体的抗震构造措施。

二层构造柱配筋较上部同一位置构造柱配筋加大一级，二层构造柱下端箍筋适当加密，构造柱纵向钢筋锚入底层框架柱、梁内40d；除按抗震规范设置构造柱外，应根据房屋层数、设防烈度适当增设构造柱，尤其是在底层有抗震墙的位置，以改善整个结构传递水平力的性能；另在房屋四周外墙，在纵横墙交接处均宜设构造柱，以增加上部砌体结构与底部钢筋砼框架抗震墙结构的连接和整体性，避免由于房屋上部及底部材质不同，结构的自振频率不完全一致，在地震作用下因上、下部连接不强而在二层楼面处形成脱接。

3.2.2控制侧移刚度比值

在地震作用下底层框架抗震墙砖房的弹性层间位移反应均匀和减少在强烈地震作用下的弹塑性变形集中，能够能够提高房屋的整体抗震能力。

底层框架抗震砖房第二层与底层侧移刚度比的合理取值范围为1．2～1．8。

根据不同设防烈度的地震作用强弱和既安全又经济的抗震设防原则，底层框架抗震墙砖房第二层与底层的侧移刚度比值在6度时不应大于3．0，在7度时不应大于2．5，在8度时不应大于2.0，在9度时不应大于1.5；且均不应小于1.0。

4.抗震墙的设计要点　　

4.1抗震墙的间距要合理

底层框架抗震墙砖房的抗震墙间距分为底层和上部砖房两部分，上部砖房备层的横墙间距要求应和多层砖房的要求一样；底层框架抗震墙部分，由于上面几层的地震作用要通过底层的楼盖传至底层抗震墙，楼盖产生的水平变形将比一般框架抗震墙房屋分层传递地震作用的楼盖水平变形要大。

因此，在相同变形限制条件下，底层框架抗震墙砖房底层抗震墙的间距要比框架－抗震墙的间距要小一些。

底层框架抗震墙砖房的底层框架抗震墙具有一定的承载能力和较好的变形、耗能能力，而上部砖房部分的，变形和耗能能力相对比较差。

为了避免底层过多强于上部砖房的抗震能力，除了计算底层框架抗震墙砖房的层问极限剪力系数、判断薄弱层外，还在一般规定上强调两点，一是第二层与底层的侧移刚度比不应小于等于1.0二是底层抗震横墙的最大间距较《建筑抗震设计规范》GBJ11-89有所放宽，具体要求见规范，抗震墙的最大间距抗震墙的距离要符合新《规范》的规定，即6度时小于等于21m，7度时小于等于18m，8度时小于等于15m，以满足楼盖对传递水平地力所需的刚度要求，嵌砌于框架之中的配筋砌块砌体墙具有较强的抗震能力

4.2抗震墙的布置要合理

《砌体规范》10.5.2条文说明：

“….纵向和横向均匀、对称布置一定数量的抗震墙就从抗震体系上大大改善了框支墙梁的抗震性能…底层设置一定数量抗震墙的框支墙梁房屋模型振动台试验表明，其抗震性能不仅不比同样层数的多层房屋低，甚至还要好些”。

可见抗震墙的布置除了要满足一定数量和间距外，还应考虑结构在地震下的抗扭转能力，尽量满足“均匀、对称、周边、分散”的原则，并尽可能使底层的刚度中心与上部的质量中心重合。

合理布置剪力墙在底框结构中的位置可以有效地分配地震剪力，减少地震作用的扭转效应，同时可以有效地抵抗地震本身具有的扭转分量。

通过在框架边缘增加少量墙肢，角柱的配筋明显地减少。

4.3抗震墙的高宽比要适当

混凝土抗震墙侧向刚度与墙宽的立方成正比，墙体越宽，需要的墙体数量就越少。

但是，由于底框抗震墙的高度较低（一层或两层），墙体较宽时容易形成破坏形式为剪切破坏的低矮抗震墙…。

《建筑抗震设计手册》（以下简称《抗震手册》）第794页“底层框架中的钢筋混凝土抗震墙，高度往往小于长度。

这种矮宽的抗震墙，不能采用普通钢筋混凝土理论的常规方法设计。

矮宽抗震墙的抗剪强度，有时受到基础抵抗倾覆力矩能力的限制，不能得到充分的发挥”，《抗震规范》第7.5.5—2款规定“…各墙段的高宽比不宜小于2…”。

当钢筋混凝土墙的高与墙的截面宽之比大于等于3.0时，剪切变形的影响是不大的，所以在高层钢筋抗震墙房屋中，仅考虑钢筋混凝土墙弯曲变形可以得到较满意的结构。

通过合理地改变抗震墙高宽比及厚度，改善了过渡层与底部转换层的侧移刚度比值。

4.4底层抗震墙的配筋

考虑到底部框架—抗震墙房屋高度较低，底部的钢筋混凝土剪力墙应按低矮的墙或开竖缝墙设计，其抗震等级可比钢筋混凝土抗震墙结构的框支层有所放宽。

即不需按框支墙考虑。

5.底层框架抗震墙砖房的结构体系　　

根据《建筑抗震设计规范》GBJ11一89对抗震结构体系的要求，结合底层框架抗震墙砖房的特点，提出以下要求。

5.1底层应设置为框架一抗震墙体系　　

　　底层框架抗震墙砖房的底层受力比较复杂，而底层的严重破坏将危及整个房屋的安全，加上地震倾覆力矩对框架柱产生的附加轴力使得框架柱的变形能力有所降低等因素，对底层的抗震结构体系的要求应更高一些。

5.1.1纵、横向的双框架体系

底层框架抗震墙砖房的底层应设置为纵、横向的双框架体系，避免一个方向为框架、另一个方向为连续梁的体系。

这主要是由于地震作用在水平上是两个方向的。

一个方向为连续梁体系则不能发挥框架体系的作用，则该方向的抗震能力要降低比较多。

同时，也不应设置为半框架体系或山墙和楼梯间轴线为构造柱圈梁约束砖抗震墙的状况。

这是由于底层的地震剪力按各抗侧力构件的刚度分配，半框架体系或山墙为构造柱、圈梁约束的砖抗震墙体系中，砖墙较框架的抗侧力刚度大得多，在地震作用下，砖墙先开裂，加上砖墙的变形能力较框架要差得多，会形成砖墙构件先退出工作，导致加重半框架或部分框架的破坏。

5.1.2底层框架抗震墙砖房的底层应设置为框架抗震墙体系

在6、7区底层为小型商店时，其抗震墙可为框架填充墙；当底层的砖填充墙较少时应设置一定数量的钢筋砼抗震墙，在8、9度时，均应设置一定数量的钢筋砼抗震墙，使底层形成具有二道防线的框架抗震墙体系，有利于提高底层的抗震能力。

5.2过渡楼层的抗震能力应适当加强　　

　　整体模型试验研究结果表明，底层框架抗震墙砖房的过渡楼层受力比较复杂，虽然底层的抗震墙先开裂，但是一旦第二层砖墙开裂后、其破坏状态要比底层要重得多。

因此，应增强过渡楼层的抗剪和抗弯能力。

在设计时可以考虑加强底层框架与上部砖砌体结构接合处楼板的整体刚度，可将此处楼板做成同厚度的一块大现浇板，板钢筋通长布置；还应考虑底框竖向结构与上部砖混竖向结构，在接合处竖向钢筋尽可能上通下行，在构造上加强过渡楼层的抗剪、抗弯能力。

6.底层与上部砖房部分的抗震能力相配　

结构抗震能力沿竖向分布的均匀性，有助于提高房屋的整体抗震能力。

底层框架抗震墙砖房是由两种承载能力和抗侧体系构成的，底层具有一走的承载能力和较好的变形能力，上部砖房部分具有一定的抗震能力，但变形和耗能能力相对比较差。

从材料上来看，底框结构底层为混凝土框架—抗震墙结构，上部为砖砌体结构，属上、下两种不同材料，不同性质的混合式结构：

从质量上来看属上重下轻的结构;从刚度来看，属上刚下柔：

从竖向传力途径来看，上部砌体结构通过两层（三层）梁板转化为底层的大空间框架。

以上几方面使底框结构为抗震不利结构。

《抗震规范》强制性条文第7.1.8-3、4款规定：

“底部框架—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”，“底部两