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摘要：結(jié)合工程實例，簡要介紹了底框磚混結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計主要內(nèi)容，并采用有限元整體算法，計算得到建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性的量化指標(biāo)。為底框結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計提供了良好范例。...

雙流某商住樓的底框磚混結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

李平昌，吳曉冬

(中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司，四川成都610081)

1.工程概況

    雙流某商住樓為新農(nóng)村建設(shè)項目，位于成都市雙流縣興隆鎮(zhèn)。一樓由于臨街用作商業(yè)，采用底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)；上部為五層住宅，采用砌體結(jié)構(gòu)。抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0．19。2008年5月12 13汶川發(fā)生8．0級大地震，雙流也有較強震感。震后，國家對《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》進行了局部修訂，雙流的抗震設(shè)防烈度及設(shè)計基本地震加速度值保持不變，只將設(shè)計地震分組由第一組變?yōu)榈谌�組。設(shè)計地震分組變?yōu)榈谌�組之后，具有不同自振周期的建筑的設(shè)計計算的地震作用增加幅度是不同的。由于磚混結(jié)構(gòu)和底框結(jié)構(gòu)層數(shù)和高度受到限制，剛度大、周期短，一般直接采用水平地震影響系數(shù)最大值計算得到水平地震作用。也就是說，改變設(shè)計地震分組，不會增加砌體結(jié)構(gòu)或底框結(jié)構(gòu)的設(shè)計地震抗力。本工程從平立面布置、構(gòu)造、材料等多方面進行抗震概念設(shè)計，并利用有限元整體計算得到指標(biāo)衡量房屋的規(guī)則性，以實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。

2.抗震概念設(shè)計要點

    圖1為該工程結(jié)構(gòu)平面布置。結(jié)構(gòu)布置關(guān)于1 1軸線對稱。底部框架一抗震墻結(jié)構(gòu)的布置僅畫在11軸以左，ll軸以右為上部砌體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層布置。平面長度30.24 m，寬度12.09m。底層層高3.95 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3 m，房屋總高度18.95 m，房屋的高寬比為l．56。A軸線是建筑臨街的一面，為底層商鋪的人口。兼顧建筑使用要求和結(jié)構(gòu)抗震需要，抗震墻布置如圖1中ll軸線以左，抗震墻墻肢及端柱用涂黑表示。

    上部的砌體磚墻與底部的框架梁或抗震墻基本對齊，  每戶僅在廚房有一道不長的磚墻落在轉(zhuǎn)換次梁上，例如l4軸線上的D—E墻段。底部抗震墻力求均勻、對稱布置，并盡量設(shè)置在房屋四周，以抑制地震時的扭轉(zhuǎn)。各抗震墻墻  肢長度大致相近，且均不超過層高。框架和抗震墻的抗震等級均為二級；抗震墻主要是承受水平剪力，僅設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件。底框結(jié)構(gòu)的縱向受力鋼筋的受力性能應(yīng)滿足下列條件：鋼筋的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應(yīng)小于l．25；鋼筋的屈服強度實測值與強度標(biāo)準(zhǔn)值的比值不應(yīng)大于1.3；且鋼筋在最大拉力下的總伸長率實測值不應(yīng)小于9％。

    上部砌體結(jié)構(gòu)，由于用作住宅，橫向墻體間距較小。圖1中11軸線以右的砌體結(jié)構(gòu)布置中，涂黑的為標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)造柱。外墻的四角和對應(yīng)轉(zhuǎn)角(凸角)處，內(nèi)墻與外墻交接處、較大洞l21兩側(cè)，均設(shè)置構(gòu)造柱。過渡層在底部框架柱對應(yīng)位置處均設(shè)置構(gòu)造柱。圖l中11軸線以右編號為GZl的陰影小柱僅為過渡層構(gòu)造柱，過渡層以上不再設(shè)置。過渡層構(gòu)造柱縱筋為4qbt6，其余各層的構(gòu)造柱縱筋為4+14。構(gòu)造柱與墻連接處應(yīng)砌成馬牙槎，并沿墻高每隔500 mm設(shè)Φ6拉結(jié)鋼筋，每邊伸入墻內(nèi)l m。砌體結(jié)構(gòu)采用MUl0頁巖多孑L磚，過渡層及上一層采用Ml0混合砂漿，其余采用M7．5混合砂漿。頂部兩層地震力相對較小，但砂漿強度不降至抗震規(guī)范的最低要求M5，是為了適當(dāng)提高抗震能力，同時也有利于防止頂層砌體出現(xiàn)溫度裂縫。

    本工程樓、屋面板均為現(xiàn)澆，標(biāo)準(zhǔn)層板厚l00 mln，屋  面板厚度l20 mm；由于地震時要傳遞不落地砌體磚墻的水平力，過渡層底板厚度取為l30mm，并設(shè)雙層雙向配筋。上部砌體結(jié)構(gòu)在3層(過渡層頂板)、5層及屋面隔層均設(shè)置240 mm X l80 mm圈梁；未設(shè)置圈梁樓層的樓板內(nèi)沿墻體設(shè)34,10加強筋，并與相應(yīng)的構(gòu)造柱連接。構(gòu)造柱與圈梁、現(xiàn)澆板一起約束砌體，增加了結(jié)構(gòu)的空間剛度和整體穩(wěn)定性，也使砌體結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下具有更好的延性。

    本工程砌體墻段的局部尺寸一般不少于1 m，并且在同一軸線上的窗間墻寬度盡量均勻。由于建筑條件限制，個別墻段的長度僅為840 mm，因此在該墻段上設(shè)置有構(gòu)造柱，構(gòu)造柱縱筋直徑亦比規(guī)范要求增大一級，以避免地震時局部薄弱墻段的首先破壞而導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，造成各個擊破，最終整個結(jié)構(gòu)倒塌，或塌落傷人。

    樓梯間墻沒有樓板作為墻的支撐，而只有斜向的樓梯。樓梯不允許嵌入墻內(nèi)，對墻體不起支撐作用，所以，樓梯間墻高而空曠，尤其頂層墻體更是形成一層半高的高墻而無側(cè)向約束。且樓梯的梯段為連接兩層的斜撐構(gòu)件，地震時受力復(fù)雜，樓梯間在地震中容易首先遭到破壞甚至倒塌，影響地震時人員的疏散逃生。按08規(guī)范局部修訂的要求，樓梯段上下端對應(yīng)墻體處增加4根構(gòu)造柱，與在樓梯間四角設(shè)置的構(gòu)造柱合計有8根構(gòu)造柱。頂層樓梯間橫墻和外墻沿墻高每隔500 mm設(shè)2咖6通長鋼筋，其余各層在休息平臺標(biāo)高(半層高)設(shè)置60 mm厚的鋼筋混凝土帶。另外樓梯間作為薄弱房間，平面布置時避開了應(yīng)力集中、對扭轉(zhuǎn)敏感的房屋轉(zhuǎn)角部位和端部。

3.建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性的量化指標(biāo)計算

    本工程采用中國建筑科學(xué)研究院pkpm序列程序進行計算。利用pmcad可以計算得到砌體結(jié)構(gòu)過渡層與底部框架抗震墻的側(cè)移剛度比值：x向為l.31，Y向為l.38。說明底部抗震墻設(shè)置數(shù)量合理，不會使底層剛度過小形成薄弱層，避免地震時彈塑性變形嚴(yán)重集中在底層而破壞；砌體結(jié)構(gòu)過渡層的側(cè)移剛度仍然大于底層，也避免了薄弱層向砌體過渡層轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致砌體結(jié)構(gòu)層在罕遇地震下破壞嚴(yán)重的情況。本工程的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度沿高度變化相對均勻，較好地符合了規(guī)范對底框磚混結(jié)構(gòu)的豎向規(guī)則性要求。

    砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的規(guī)范方法是利用底部剪力法算出各層的水平地震剪力，再分配給本層各抗側(cè)力構(gòu)件。這種計算方法不能反應(yīng)質(zhì)量形心與剛心不一致、底框結(jié)構(gòu)與上部砌體結(jié)構(gòu)剛度形心不一致等產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用，因此從計算的角度，也要求結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)則對稱，限制地震時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。Satwe程序提供了一種有限元整體算法，對砌體結(jié)構(gòu)或底框磚混結(jié)構(gòu)進行計算分析。其原理是將砌體假定為各向同性的均質(zhì)材料，并用satwe墻單元模擬。利用有限元整體算法進行砌體結(jié)構(gòu)或底框磚混結(jié)構(gòu)設(shè)計目前還有局限性，規(guī)范也未涉及此方法，本工程僅利用其計算出的各項規(guī)則性指標(biāo)。本工程砌體材料的彈性模量取為2 550 N／mm2，計算得到結(jié)果如下。

    底部框架抗震墻的偏心率，x向為0.03％，Y向為7.15％。上部砌體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)層的偏心率，x向為0.08％，Y向為3.66％。底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)的剛度形心和上部砌體標(biāo)準(zhǔn)層的剛心和質(zhì)心在平面位置上均比較接近。以底層框架抗震墻作為基準(zhǔn)，上部砌體標(biāo)準(zhǔn)層的剛心相對于底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)的剛度形心的偏心率，x向為0.07％，Y向為0.99％。上部砌體標(biāo)準(zhǔn)層的質(zhì)心相對于底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)的剛度形心的偏心率，x向為0.02％，Y向為2.71％，也就是說底部框架抗震墻結(jié)構(gòu)的剛心與整幢房屋的質(zhì)，的平面位置亦較為一致。

    結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T與平動為主的第一自振周期T。之比為0．701。樓層豎向構(gòu)件的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)與該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的比值，X向為l.1，Y向為1.0。由于程序原因，位移比計算還沒有考慮偶然偏心影響的地震作用。計算結(jié)果表明，本工程底框一上部磚混的整個結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)性好。

    為了進一步考察上部砌體結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，單獨取上部5層砌體結(jié)構(gòu)進行有限元整體計算。結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期T與平動為主的第一自振周期T之比為0．711。樓層豎向構(gòu)件的最大彈性水平位移(或?qū)娱g位移)與該樓層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值的比值，X向為1.1，Y向為l.0。

4.結(jié)束語

    底部框架一抗震墻、上部砌體房屋是由不同材料組成的混合型的結(jié)構(gòu)。出于經(jīng)濟原因，此類結(jié)構(gòu)在我國地震區(qū)仍將大量應(yīng)用。規(guī)則布置、合理構(gòu)造對底框一磚混結(jié)構(gòu)的抗震性能尤為重要。并且隨著計算技術(shù)的提高，現(xiàn)在也能夠計算出相關(guān)指標(biāo)，量化評價底框或砌體結(jié)構(gòu)布置的合理性。

參考文獻

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(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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