底框结构工程抗震设计解析

底框结构工程的抗震设计解析

摘要：本文对底框结构的抗震能力进行分析，然后论述了底框结构的抗震设计，最后加以实例分析，供相关工作人员参考和借鉴。关键词：底框结构，抗震设计。

中图分类号：tu352.1+1 文献标识码：a 文章编号：

一、引言

底框结构是我国现阶段经济条件下所特有的一种结构, 从抗震

上来说, 它是一种不合理的结构形式, 但由于我国当今的经济发

展水平有限, 这种结构目前还无法完全摒弃, 因此在我国内地,尤

其是广大西北部地区的临街建筑中仍广泛采用。由于底部框架抗震墙砖房是由钢筋混凝土框架抗震墙和上部砖房两种承重体系和抗

侧力体系构成, 而由于这两种抗侧力体系在抗震性能等方面的差异, 使得这类结构的结构选型与抗震设计比较复杂。临街建筑采用这类结构, 底部临街一侧由于使用及美观的要求, 常不设置抗震

墙或所设置的抗震墙的数量较少, 而另一侧所设置的抗震墙的数

量则较多, 造成结构的质心与刚度中心不一致, 地震时易引起较

为严重的扭转效应, 加剧了地震的破坏作用。

二、底框结构的抗震能力分析

底部框架—抗震墙砌体房屋是由底层或底部两层为框架抗震墙、上部为多层砌体房屋构成的。这类房屋的底部框架—抗震墙结构部分具有一定的抗侧力刚度和一定的承载能力、变形能力及耗能能力; 上部多层砌体房屋具有较大的抗侧移刚度和一定的承载能力, 但

变形和耗能能力相对较差, 上面几层砌体结构, 由于开间小、横墙多, 不仅重量大, 侧移刚度也大, 而底层框架侧移刚度比上层小

得多。这种结构的整体抗震能力取决于底部和上部各自的抗震能力, 又取决于底部和上部结构的抗侧力刚度和抗震能力的相互大小程度, 也就是说不能存在特别薄弱的楼层, 凡震害比较严重的部位, 均是由于抗震设计考虑不周而出现的相对薄弱的楼层。因此, 尽量避免薄弱楼层是底部框架抗震墙砌体房屋抗震设计中的一个相当

重要的概念。震害调查表明底框抗震砌体房屋的倒塌是由薄弱层开始的, 从分析研究可以看出, 底层抗震墙布置不足的底框抗震砌

体房屋, 底层是薄弱层; 而当底层抗震墙设置过多时, 则第二层

为薄弱层。

底部框架结构与上部砖混结构的刚度相比是底框抗震墙结构设

计的最关键问题。若底部框架结构的刚度相对于上部砖混结构的刚度比较大, 整个结构形成下刚上柔的结构体系能较好地抵抗地震

作用, 是比较理想的结构体系; 但下部刚度太大意味着下部框架

结构中的抗震墙数量较多或者柱子的截面较大, 这样既影响了建

筑空间的利用又增加了工程的造价。

底部框架结构的薄弱层与抗震墙数量的多少有很大的关系。合理的抗震墙数量应该是底部框架—抗震墙砖房结构的层间位移反应

较为均匀, 同时避免底层过强使得薄弱楼层转移到抗震性能较差

的上部砖房部分; 应该使房屋的薄弱部位出现在变形和耗能能力

都较好的底部框剪层, 又可避免框剪层变形过分集中, 从而提高

结构的整体抗震能力。而抗震墙的数量的确定与很多因素有关, 如层刚度比、抗震墙设置的间距、框剪层与相邻砖砌体层的弹塑性位移的比值、抗震墙的布置形式等。

三、底框结构的抗震设计

1、底部框墙的结构体系

底框抗震墙受力比较复杂，而底层的破坏将严重影响整个房屋的安全，因此对底层的抗震结构要求更高。1）底框结构底层应设置为纵横向的双框架体系。2）底框结构的底层应设置为框架抗震墙体系。在6、7度时可采用嵌砌于框架之间的粘土砖墙或混凝土小砌块墙。

2、抗震构造措施

在6度设防区，抗震构造措施大为重要，《建筑抗震设计规范》中对梁柱、节点都相应提出了不同的要求。但最终都贯彻了框架梁强柱弱梁，强剪弱弯的设计原则。

3、建筑体型和平、立面布置

合理的建筑布置在抗震设计中是非常重要的。规则的建筑由于其地震反应与计算分析较为符合，也较易采取构造措施，因此抗震性能较好，为此设计规范中提出了规则建筑的概念。同时，规范也明确规定了房屋的总高度与层数，高宽比等一系列对建筑物的要求。

4、底部框结构墙与二层砖混楼层抗侧移刚度比

在地震作用下，底层框墙的弹性层间位移可减少在强烈地震作用下的弹塑性变形的集中，使房屋整体抗震能力较高。因此，规范提

出了二层砖混楼层与底部框墙的抗震侧移刚度比宜在1.2—1.8之间。而在6度时，不应大小3.0。

5、底部框墙的抗震横墙间距

底层框架抗震墙要承受上面几层通过底层楼盖传达递的地震作用，因此底框抗震墙应具有一定的承载能力和较好的变形、耗能能力。而上部砖混部分的变形能力相对较差。因此，《建筑抗震设计规范》强调了第二层与底层的抗侧移刚度不应小于1.0。具体在6度设防区域，抗震横墙的最大间距为25m。

总之，由于地震作用以及底层框架结构的复杂性，使底框抗震设计显得尤为重要，而从某种意义上说，建筑结构抗震的概念设计比计算设计更为重要。

四、实例分析

本文按照我国《》建筑抗震设计规范》所提出的“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”的三水准抗震性能, 通过应用由中国建筑科学研究院开发研制的pkpm 结构系列软件对某地区一商住综合楼进行了结构抗震性能分析。此商住综合楼为底部框架结构, 共6 层,底部1 层, 2 层为混凝土框架, 3 层~ 6 层为砖混结构。图1 为底层平面示意图, 柱截面尺寸为550 mm x 550 mm, 梁截面尺寸横向为300 mmx 600 mm, 纵向尺寸为300 mm x 600 mm, 底部两层抗震墙厚为250 mm, 混凝土强度等级为c30, 3 层以上砌体层砖强度等级为mu10, 砂浆强度等级为m7. 5, 层刚度比为1. 57。采用pkpm 结构分析程序输入e-l centro 地震波对结构进行弹性动力时程分

析, 图2~ 图5 为计算分析结果。

由图2~ 图5 的计算分析结果可以看出:

1) 楼层位移和楼层力基本呈倒三角形分布, 且楼层位移和层间位移都很小, 底部的层间位移角最大为1/ 1 457, 结构仍处于弹性状态, 基本可以保证“小震不倒”的性能要求; 2) 当底部框架为两层时, 薄弱层往往在第二层框架。

五、结语

1) 只要经过合理的设计, 底框结构能够满足抗震设防要求;

2) 在本文算例中, 把薄弱层控制在第二层框架, 这说明当底部框架为两层时, 薄弱层往往在第二层框架; 底框结构的薄弱层一

般为框剪层, 所以控制好框剪层的受力和变形对于底框结构的设

计是极其重要的。

3）在底框—砖混结构的抗震设计中, 既要避害趋利对结构布置进行优选, 严格遵守规范强制性条文, 还要加强构造设防并严格

施工, 这一广受欢迎的结构型式就能取得实用、经济、安全的效果。设计人员要转变设计思路，提高设计部门及设计人员的业务素质，尽快走出“不设防”的误区。要在严格执行《抗规》的前提下，在合理的平面布置上多做文章，同时设计单位可安排专人严把抗震设计关。

参考文献: