填充墙框架结构的抗震分析.
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填充Fra Baidu bibliotek框架结构的抗震分析
王春武
( 扬 州大学 建筑工程学院 摘 扬州 225009)
*
要 : 对砌体填充墙与框架结构的相互作用机理进 行分析 , 主要内容 为填充 墙框架结 构的荷 载路径、
填充墙布置、 填充墙对框架柱和梁的附加作用、 填 充墙开 洞时框 架柱可能 形成 短 柱 以及力 学模型 , 给出 设 计或加固的建议。 关键词 : 填充墙框架结构 填充砌体抗震墙 抗震分析
1 框架结构中填充墙能作为抗侧力结构构件的条 件和适用范围 建筑抗震设计规范 ( GBJ 11- 89) 规定 : 砖填 充墙能作为抗震墙的基本条件是 : 砖填充墙必须紧 密地嵌砌于框架平面内, 最好是先砌砖填充墙后浇 框架柱、 梁 , 且与框架柱有拉接钢筋连接, 砖墙厚度 不应小于 240mm, 砂浆强度等级不应低于 M5。 容许砖填充墙与框架结构共同参与抗侧力作用 的适用范围是 : 抗震等级为二级且不超过 5 层 , 三级 时不超过 8 层以及四级时的所有框架结构房屋。 建筑抗震设计规范 ( GB 50011- 2001) 规 定: 对于 6、 7 度且总层数不超过 5 层的底层框架抗震墙 房屋 , 应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙 , 但 应计入砌体墙对框架的附加轴力和 剪力。 规范 ( GB 50011- 2001) 还给出了普通砖抗震墙构造应符 合的要求。 与 规范 ( GBJ 11- 89) 比较 , 规范 ( GB 50011 - 2001) 对框架结构中普通砖填充墙能作为抗侧力 结构构件的适用范围变小了。但是, 另一方面, 很多
结构的动力响应产生的水平地震作用必须通过 结构体系的三维荷载路径来平衡。 图 1 显示理想结构的部分荷载路径。第 4 层楼 面质量产生的水平地震作用从 A 到 B 用箭头显示。 第 4 楼层膜片传递荷载到填充结构墙 C 和 D。楼层 膜片需要足够的换向器和斜撑来传递荷载给填充结 构墙 , 并且 C 和 D 跨长内膜片需要足够的剪切和弯 曲强度。E 处墙通过剪切和弯曲传递荷载给第 2 楼 层膜片 , 本例中填充结构墙不连续。F 和 G 处支承 墙的柱需要支承竖向轴向力和倾覆弯矩。主要沿路 径 H, 第 2 楼层膜片必须传递由墙 E 传递来的荷载 , 该楼层膜片也需要有足够的与剪切、 弯曲等与力传 递有关的强度。通过剪切和弯曲, 墙 I 传递荷载给 基础高度处地面 Gr , 并且在 J 和 K 处 , Gr 要有足够 的抵抗轴向拉 和压作用的能力 , 而且在 L 方 向, Gr 要有足够的抵抗剪力的能力。
SEISMIC ANALYSIS OF MASONRY - INFILLED FRAME STRUCTURES
Wang Chunwu ( College of Civil Engineerang, Yangzhou University
Yangzhou 225009)
Abstract : Interactive mechanism of masonry - infilled walls and frame structures is analysed, mainly involving load paths, infilled wall placement, additive action, captive columns and mechanical models. Some suggestions on seismic design or retrofit are also given. Keywords : masonry - infilled frame structures masonry - infilled seismic walls seismic analysis
一般使用填充墙对框架结构进行房间分割和外 部围护。填充墙可以是实心黏土砖、 空心黏土砖、 实 心或空心的轻质砌块砌体墙或轻质隔断墙板。 如果不能保证填充墙与框架柱、 梁有足够的间 隙, 必然造成填充墙与框架柱、 梁的相互作用。在填 充墙与框架柱、 梁有足够间隙的情形下 , 如果没有有 效的结构构造措施, 那么必定会带来填充墙的不稳 定。 为了填充墙的稳定、 施工方便 , 一般采取填充墙 与框架柱、 梁周边嵌实做法, 形成刚性连接, 也利于 隔音、 防水、 保温、 隔热。 在框架结构竖向计算时, 由于填充墙后砌 , 所以 可以假定填充墙对框架柱没有影响; 与砌体结构中 砌体墙相比, 填充墙强度较低 , 不可能形成砌体结构 中墙托梁的模式 , 一般不考虑填充墙对框架梁的强 度的影响。简单地说, 在框架结构竖向计算时仅考 虑嵌砌填充墙的竖向重力。 大量的地震和水平加载试验中填充墙框架结构 的表现表明, 对于水平地震作用, 框架结构中填充墙 表现为抗侧力的结构构件。 本文就水平地震作用下填充墙框架结构的力学 模型、 填充墙带来的刚度、 强度、短柱 、 倾覆引起的 附加轴力和剪力、 扭转等 问题进行分析 , 供抗震设 计、 抗震改造和加固分析时参考。
a- 填充墙上部不连续 ; b- 填充墙下部不连续 图2 填充墙不连续
* 江苏省教育厅自然科学基金资助项目 ( UK 0510064 和 95141) 。 作 者 : 王春武 男 1965 年 8 月出生 副教授 东南大 学博士 研究生 国家一级注册结构工程师
E- mail: hjwcw@ 163. com
收稿日期 : 2006- 01- 25
14 Industrial Construction Vol 37, No 2, 2007
工业建筑
2007 年第 37 卷第 2 期
地区的设防烈度提高了, 已建房屋的抗震鉴定和加 固分析与设计仍然需要面对大量的已建的填充墙框 架房屋。 2 2 1 填充墙框架结构的震害和模型研究成果 填充墙框架结构的荷载路径
些框架柱的抵抗变形能力从而可能会不够, 如果底 层框架柱没有好的细部设计, 底层框架柱不可能没 有破坏, 在底层产生薄弱层, 该情形在居住框架建筑 中尤为常见, 类似的情况在商业框架建筑中也不是 不常见。
王春武
( 扬 州大学 建筑工程学院 摘 扬州 225009)
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要 : 对砌体填充墙与框架结构的相互作用机理进 行分析 , 主要内容 为填充 墙框架结 构的荷 载路径、
填充墙布置、 填充墙对框架柱和梁的附加作用、 填 充墙开 洞时框 架柱可能 形成 短 柱 以及力 学模型 , 给出 设 计或加固的建议。 关键词 : 填充墙框架结构 填充砌体抗震墙 抗震分析
1 框架结构中填充墙能作为抗侧力结构构件的条 件和适用范围 建筑抗震设计规范 ( GBJ 11- 89) 规定 : 砖填 充墙能作为抗震墙的基本条件是 : 砖填充墙必须紧 密地嵌砌于框架平面内, 最好是先砌砖填充墙后浇 框架柱、 梁 , 且与框架柱有拉接钢筋连接, 砖墙厚度 不应小于 240mm, 砂浆强度等级不应低于 M5。 容许砖填充墙与框架结构共同参与抗侧力作用 的适用范围是 : 抗震等级为二级且不超过 5 层 , 三级 时不超过 8 层以及四级时的所有框架结构房屋。 建筑抗震设计规范 ( GB 50011- 2001) 规 定: 对于 6、 7 度且总层数不超过 5 层的底层框架抗震墙 房屋 , 应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙 , 但 应计入砌体墙对框架的附加轴力和 剪力。 规范 ( GB 50011- 2001) 还给出了普通砖抗震墙构造应符 合的要求。 与 规范 ( GBJ 11- 89) 比较 , 规范 ( GB 50011 - 2001) 对框架结构中普通砖填充墙能作为抗侧力 结构构件的适用范围变小了。但是, 另一方面, 很多
结构的动力响应产生的水平地震作用必须通过 结构体系的三维荷载路径来平衡。 图 1 显示理想结构的部分荷载路径。第 4 层楼 面质量产生的水平地震作用从 A 到 B 用箭头显示。 第 4 楼层膜片传递荷载到填充结构墙 C 和 D。楼层 膜片需要足够的换向器和斜撑来传递荷载给填充结 构墙 , 并且 C 和 D 跨长内膜片需要足够的剪切和弯 曲强度。E 处墙通过剪切和弯曲传递荷载给第 2 楼 层膜片 , 本例中填充结构墙不连续。F 和 G 处支承 墙的柱需要支承竖向轴向力和倾覆弯矩。主要沿路 径 H, 第 2 楼层膜片必须传递由墙 E 传递来的荷载 , 该楼层膜片也需要有足够的与剪切、 弯曲等与力传 递有关的强度。通过剪切和弯曲, 墙 I 传递荷载给 基础高度处地面 Gr , 并且在 J 和 K 处 , Gr 要有足够 的抵抗轴向拉 和压作用的能力 , 而且在 L 方 向, Gr 要有足够的抵抗剪力的能力。
SEISMIC ANALYSIS OF MASONRY - INFILLED FRAME STRUCTURES
Wang Chunwu ( College of Civil Engineerang, Yangzhou University
Yangzhou 225009)
Abstract : Interactive mechanism of masonry - infilled walls and frame structures is analysed, mainly involving load paths, infilled wall placement, additive action, captive columns and mechanical models. Some suggestions on seismic design or retrofit are also given. Keywords : masonry - infilled frame structures masonry - infilled seismic walls seismic analysis
一般使用填充墙对框架结构进行房间分割和外 部围护。填充墙可以是实心黏土砖、 空心黏土砖、 实 心或空心的轻质砌块砌体墙或轻质隔断墙板。 如果不能保证填充墙与框架柱、 梁有足够的间 隙, 必然造成填充墙与框架柱、 梁的相互作用。在填 充墙与框架柱、 梁有足够间隙的情形下 , 如果没有有 效的结构构造措施, 那么必定会带来填充墙的不稳 定。 为了填充墙的稳定、 施工方便 , 一般采取填充墙 与框架柱、 梁周边嵌实做法, 形成刚性连接, 也利于 隔音、 防水、 保温、 隔热。 在框架结构竖向计算时, 由于填充墙后砌 , 所以 可以假定填充墙对框架柱没有影响; 与砌体结构中 砌体墙相比, 填充墙强度较低 , 不可能形成砌体结构 中墙托梁的模式 , 一般不考虑填充墙对框架梁的强 度的影响。简单地说, 在框架结构竖向计算时仅考 虑嵌砌填充墙的竖向重力。 大量的地震和水平加载试验中填充墙框架结构 的表现表明, 对于水平地震作用, 框架结构中填充墙 表现为抗侧力的结构构件。 本文就水平地震作用下填充墙框架结构的力学 模型、 填充墙带来的刚度、 强度、短柱 、 倾覆引起的 附加轴力和剪力、 扭转等 问题进行分析 , 供抗震设 计、 抗震改造和加固分析时参考。
a- 填充墙上部不连续 ; b- 填充墙下部不连续 图2 填充墙不连续
* 江苏省教育厅自然科学基金资助项目 ( UK 0510064 和 95141) 。 作 者 : 王春武 男 1965 年 8 月出生 副教授 东南大 学博士 研究生 国家一级注册结构工程师
E- mail: hjwcw@ 163. com
收稿日期 : 2006- 01- 25
14 Industrial Construction Vol 37, No 2, 2007
工业建筑
2007 年第 37 卷第 2 期
地区的设防烈度提高了, 已建房屋的抗震鉴定和加 固分析与设计仍然需要面对大量的已建的填充墙框 架房屋。 2 2 1 填充墙框架结构的震害和模型研究成果 填充墙框架结构的荷载路径
些框架柱的抵抗变形能力从而可能会不够, 如果底 层框架柱没有好的细部设计, 底层框架柱不可能没 有破坏, 在底层产生薄弱层, 该情形在居住框架建筑 中尤为常见, 类似的情况在商业框架建筑中也不是 不常见。