淺談復(fù)合墻民用住宅結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究

　　【摘 要】 針對地震作用下砌體墻容易開裂、延性較差和混凝土墻剛度過大易導(dǎo)致薄弱層向上轉(zhuǎn)移等問題,提出在房屋底層設(shè)置剛度可調(diào)、延性良好的新型抗側(cè)力構(gòu)件--密肋復(fù)合抗震墻,形成底部框架-密肋復(fù)合墻上部砌體結(jié)構(gòu),從框架-復(fù)合墻受力特點、框架與復(fù)合墻協(xié)同工作模型、復(fù)合墻有效剛度等方面對其抗震性能進(jìn)行了詳細(xì)分析,結(jié)合相關(guān)試驗給出了底部框架密肋復(fù)合墻房屋結(jié)構(gòu)實用抗震設(shè)計方法和構(gòu)造措施。

　　【關(guān)鍵詞】 底部框架-抗震墻砌體結(jié)構(gòu)密肋復(fù)合墻抗震性能抗震設(shè)計方法構(gòu)造措施

　　我國城鎮(zhèn)臨街的住宅建設(shè)中，為了方便群眾生活和滿足商業(yè)服務(wù)的需要，底層或下部兩層常用作商店、餐廳等空間較大的生活服務(wù)區(qū)域，采用混凝土框架或框架-抗震墻結(jié)構(gòu)形式，而上部開間較小的住宅為普通砌體承重結(jié)構(gòu)，形成底部框架-抗震墻上部砌體結(jié)構(gòu)房屋。同混凝土框架結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)可以節(jié)約建設(shè)資金、縮短施工工期，對于當(dāng)前階段我國進(jìn)行大規(guī)模城鎮(zhèn)住宅建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。國內(nèi)尤其是廣大鄉(xiāng)村城鎮(zhèn)地區(qū)已建成的底部框架結(jié)構(gòu)中，底層一般采用磚砌體作為抗震墻，抗震規(guī)范和砌體規(guī)范對此類抗震墻的設(shè)計做出了相應(yīng)規(guī)定。針對地震作用下磚砌體墻容易開裂、延性較差的問題和設(shè)置混凝土墻帶來的剛度過大等不利影響，提出在房屋底層設(shè)置一種新型抗側(cè)力構(gòu)件—一密肋復(fù)合抗震墻，形成底部框架—一密肋復(fù)合墻上部砌體房屋結(jié)構(gòu)(簡稱底部框架—一復(fù)合墻結(jié)構(gòu))。本文結(jié)合課題組前期對密肋復(fù)合墻、框架-密肋復(fù)合墻的研究成果，對底部框架—一復(fù)合墻結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法、構(gòu)造措施等方面進(jìn)行較為系統(tǒng)的介紹，以利于今后對底部框架房屋結(jié)構(gòu)的研究和工程應(yīng)用。

　　1上部砌體結(jié)構(gòu)

　　密肋復(fù)合墻是以截面及配筋較小的鋼筋混凝土為框格，內(nèi)嵌以各種具有一定強度的輕質(zhì)砌塊工地現(xiàn)澆或工廠預(yù)制而成。密肋復(fù)合墻在水平荷載作用下，與隱形外框架共同工作，兩者相互作用，充分發(fā)揮各自性能，以密肋復(fù)合墻為主要受力構(gòu)件、與隱形外框架和現(xiàn)澆樓板組成的裝配整體式密肋壁板結(jié)構(gòu)，已在我國部分省市的多層和小高層住宅體系中得到應(yīng)用。底部框架房屋的設(shè)計中，砌體層與底部框架—一抗震墻層剛度比值的控制是決定這類房屋抗震性能優(yōu)劣的關(guān)鍵性因素，其中一個重要的原因在于無論是砌體墻還是混凝土墻，在墻體截面面積固定不變的條件下無法實現(xiàn)剛度的自由調(diào)整，造成上下層剛度比值難于控制，而密肋復(fù)合墻可以有效解決墻體面積不變時其抗側(cè)剛度的調(diào)整問題，從而滿足不同條件下結(jié)構(gòu)對抗震墻的設(shè)計需求。

　　2抗震性能研究

　　2.1框架—一密肋復(fù)合墻體受力特點。為了研究反復(fù)荷載作用下框架與復(fù)合墻協(xié)同工作機制、破壞形態(tài)和極限剪承載能力，進(jìn)行了內(nèi)置“十”字形、“豐”字形、“井”字形等不同框格形式的框架—一復(fù)合墻荷載試驗。框架—一復(fù)合墻荷載試驗結(jié)果表明：①試件破壞形式均是剪切型，內(nèi)墻板中填充砌塊首先開裂，繼而墻板框格(主要是肋梁)端部形成塑性鉸，最后外框架柱發(fā)生壓彎破壞，框架-復(fù)合墻體具有明顯的雙重延性受力特點;②內(nèi)填砌塊與混凝土框格、復(fù)合墻板與外框架相互支撐、相互約束，依照各自剛度大小承擔(dān)相應(yīng)荷載，并在荷載作用過程中不斷進(jìn)行內(nèi)力重分配與調(diào)整，具有良好的協(xié)同工作性能;③密肋復(fù)合墻板的獨特構(gòu)造特點，減小甚至避免了砌體墻發(fā)生平面外破壞的可能，砌體在破壞階段仍能發(fā)揮一定支撐作用;較小的框格有利于控制墻體裂縫分布，避免形成貫通框架對角的主斜裂縫，同時增加了墻體變形能力，使得后期變形更為平緩;④處于壓彎狀態(tài)的肋柱較拉彎狀態(tài)的肋梁破壞輕微，在荷載作用的整個過程中均能保持豎向承載力，始終分擔(dān)試件所承擔(dān)的豎向荷載，表現(xiàn)出良好的抗倒塌能力。

　　3實用抗震設(shè)計方法

　　確定框架與復(fù)合墻協(xié)同工作計算模型和不同階段復(fù)合墻剛度折減系數(shù)后，即可進(jìn)行抗震設(shè)計。底部框架結(jié)構(gòu)層數(shù)一般不會超過8層，剛度沿高度分布比較均勻，并且以剪切變形為主，因此可采用底部剪力法進(jìn)行計算。參考一般底部框架-抗震墻磚房結(jié)構(gòu)，給出底部框架—一復(fù)合墻結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計步驟：

　　3.1 初步擬定框架、復(fù)合墻及上部砌體墻的截面尺寸和材料強度等級，計算出各樓層重力荷載代表值，將其分別集中置于相應(yīng)的樓蓋水平處。

　　3.2 計算結(jié)構(gòu)的層間側(cè)移剛度。底層側(cè)移剛度按公式(6)計算，若底層同時還有砌體抗震墻或混凝土墻，則可在式(6)上增加相應(yīng)構(gòu)件有效側(cè)移剛度表達(dá)式。初步設(shè)計階段，復(fù)合墻彈性等效剛度可取0.4~0.6倍的同截面混凝土墻剛度，誤差不大。

　　3.3 計算結(jié)構(gòu)的自振周期.底層框架-復(fù)合墻結(jié)構(gòu)的基本周期建議采用頂點位移法或瑞雷法，由此兩式計算所得的基本周期值與實測值符合較好。

　　4抗震構(gòu)造措施

　　底部框架復(fù)合墻結(jié)構(gòu)所采取的抗震構(gòu)造措施除應(yīng)滿足抗震規(guī)范、砌體規(guī)范等對多層砌體房屋和底部框架房屋的有關(guān)規(guī)定外，框格配筋還應(yīng)滿足下列幾方面的要求:①框格縱筋配筋率與墻板截面積的比值不應(yīng)小于1.0‰，鋼筋直徑不宜小于16 mm，截面配筋數(shù)量不少于4根;箍筋直徑不宜小于6mm，間距不大于300，梁柱交接處適當(dāng)加密;②與復(fù)合墻相連的框架柱除承擔(dān)自身所分配的地震力外，還與復(fù)合墻之間存在較為復(fù)雜的受力關(guān)系，抗震等級宜提高一級考慮，箍筋沿柱全高加密;③肋梁鋼筋外伸長度在框架柱內(nèi)符合錨固長度要求，當(dāng)框架柱兩側(cè)均有復(fù)合墻時，肋梁縱筋宜連續(xù)設(shè)置;④肋梁、肋柱與框架之間的砌塊參與結(jié)構(gòu)受力，與框架柱通過26間400mm的拉結(jié)筋可靠連接，沿框格全長設(shè)置。

　　底部框架—一抗震墻房屋是符合我國現(xiàn)階段國情特點、在城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)中被廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)形式，預(yù)計在今后相當(dāng)長一段時期內(nèi)仍會建造大量的底框砌體住宅建筑。

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