底层框架结构抗震

【摘 要】高层建筑已经在我国中小城市普及,但多层商住建筑在今年来仍得到迅速发展.底层为钢筋混凝土大空间结构,上部为砖砌体住宅的底框结构成为当前中小城市临街建筑的主要选择之一.由于底部框架和上部砖砌体结构抗震性能相差较大,所以抗震分析成为底框结构设计中的主要技术控制点.本文详细分析了底框结构的抗震性能,进一步说明底框结构的抗震设计要考虑纵横两方面的抗震验算.

【关 键 词】砌体结构；底框结构；抗震分析

1问题的提出

作为当前多层商住建筑的主要结构形式,底框结构得到广泛应用,然而在底框结构设计中抗震验算普遍存在着下列问题：

1.1结构抗震设计未作纵横两方面的抗震验算.有的仅作了横向底层框架的抗震验算,而纵向却按一般连续梁计算.

1.2构造上底层抗震墙设置不当.有的忽视了在底层纵横方向设置一定数量的抗震墙,造成整个结构下柔上刚；有的仅在横向设置抗震墙,造成整个结构纵柔横刚.而下柔上刚或纵柔横刚的结构在地震作用下容易产生较大的弹塑性变形,一旦发生地震结构会严重破坏.

1.3概念上存在一些误解.很多人认为底层框架的侧向刚度好于砖砌体结构,框架纵向的侧向刚度比横向好；搞不清底部剪力法的适用条件,弄不清底框结构的剪力分配.

以下针对存在的问题对底框结构的抗震进行详细的分析,并据此提出底框结构抗震计算方法及防治措施.

2底框结构抗震分析

2.1底框结构的抗震性能

底框结构是由不同结构体系组成混合式结构,受力非常复杂.（1）材料方面：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,上下材料性质不同,极限变形能力相差较大,属混合式结构.（2）质量方面：底框结构属于上重下轻的鸡腿式结构.（3）刚度方面：底框结构属下柔上刚结构.（4）竖向传力方面：上部砌体结构通过转换层梁板传力给底层的框架结构.造成底层框架―抗震墙的破坏形式为延性破坏,上部砌体结构为脆性破坏,不利于抗震.

2.2底框结构地震剪力分配.

由于底框结构中仅有底层是框架抗震墙,且底层易发生塑性变形,所以底框结构的剪力分配不同于框架―抗震墙结构.底框结构在大震时底部易发生变形集中,出现过大侧移而破坏,实际上底框结构的地震剪力由抗震墙和框架柱共同承担.《建筑设计抗震规范GB50011-2010》从控制底层设置一定数量的纵横抗震墙和底部框架柱两道防线的设计原则考虑,其底部纵向和横向剪力值全部由该方向的抗震墙承担（抗规7.24-3）；在地震作用下,底部抗震墙层间位移角在1/1000左右时会开裂,位移角到1/500时刚度约下降到线刚度的30%,砖填充墙刚度约下降到线刚度的20%,而钢筋混凝土柱在位移角为1/500时仍处于弹性阶段,因此底部发生塑性内力重分布,底部框架柱作为第二道防线起其抗震性对结构整体抗震能力起极为重要的作用,所以抗规规定框架柱承担地震剪力（抗规7.25）.

2.3底框结构在地震时的破坏机理

上部砌体结构开间小、横墙多、重量大、侧移刚度大,底层框架侧移刚度相对小的多.刚度的急剧变化造成结构转换处应力高度集中,在柱端产生塑性铰,使得建筑的变形集中发生在相对较为薄弱的底层.在概念上这种比较薄弱的底层称为“软层”,在地震作用下“软层”极易率先破坏,进而造成整个结构严重破坏.

3底框结构抗震计算方法

底框结构的抗震验算作为该结构类型设计时的主要技术控制点,在计算时应综合考虑纵横两方面.从以下三部分进行抗震验算：

3.1计算砌体结构的抗震承载力和底层混凝土剪力墙设计值,计算过程同砌体结构.在底层混凝土剪力墙计算中,不考虑框架柱承担地震剪力,即所有地震作用全部有剪力墙承担.

3.2计算底部框架承受的侧向地震作用及各框架柱由地震倾覆力矩产生的附加轴力.底框结构的地震剪力要根据上下层侧移刚度比乘以一个1.2~1.5的增大系数,然后分配给框架柱和剪力墙,分配时剪力墙侧移刚度折减至0.3倍.上部砌体结构的地震倾覆力矩按刚度比分配到各榀框架和剪力墙,再按各柱的转动惯性力矩计算柱的附加轴力.

3.3底框结构的混凝土剪力墙根据其承受的剪力、轴力和由倾覆力矩产生的弯距设计值,计算出各片剪力墙的端部纵向钢筋面积和水平分布钢筋面积.

4抗震防治措施

根据底框结构抗震分析和“抗震三水准原则”,本文提出以下构造设防措施：

4.1进行合理的平面布置力求抗侧力结构的平面布置规则、对称.

4.2底框结构底层应采用框剪结构,即在不影响使用功能的前提下使纵横外墙、室内分隔墙尽量对称,并在纵横两个方向均匀设置一定数量的抗震墙.重点控制上层与底层的纵横刚度比.

4.3采用底部剪力法对底层地震剪力应乘以1.2~1.5的增大系数,从而提高“软层”的屈服强度减少“软层”塑性变形集中.

4.4底层框架柱应考虑地震倾覆力矩引起的附加轴力.

4.5上部砌体结构应设置构造柱,并应每层设置圈梁.底层顶板宜采用现浇.转换层中的柱应避免出现塑性铰.

4.6严格遵守抗规,做好抗震设防.

5结论

底框结构中底层框架和上部砌体结构均具有一定的抗震能力,但这两部分不同承重和抗侧力体系的抗震性能差异较大,而且转换楼层的受力情况复杂；加之地震作用的随机性和不确定性造成底框结构抗震验算的复杂性.但是抗震是底框结构设计的主要技术控制点.所以在底框结构设计中应严格执行《抗规》,高度重视抗震设防.