底部局部框架砌體房屋抗震性能研究

羅昌昌

（桂林市房屋安全鑒定管理處 桂林 541000）

底部局部框架砌體房屋抗震性能研究

羅昌昌

（桂林市房屋安全鑒定管理處 桂林 541000）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活水平逐漸提高，對房屋建筑質(zhì)量有著更高的要求。近年來，地震災(zāi)害相對較多，對我國房屋損壞較為嚴(yán)重，對國家和人民造成嚴(yán)重?fù)p失。所以，有關(guān)人員有必要加強(qiáng)對提升房屋抗震性能的研究，確保房屋建筑質(zhì)量。底部局部框架砌體對房屋抗震性能有重要影響，應(yīng)從綜合角度進(jìn)行分析。本文主要對底部局部框架砌體房屋抗震性能進(jìn)行算例分析，能夠有效規(guī)避房屋底部局部框架結(jié)構(gòu)發(fā)生位移或受應(yīng)變力影響，可以提升房屋抗震性能。

底部局部框架；砌體房屋；震害；抗震性能

前言：在我國的建筑物建設(shè)過程中，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較低，導(dǎo)致大部分房屋建筑的抗震性能較差，為了提高房屋建設(shè)的堅(jiān)固性，在城鎮(zhèn)的臨街建筑中，采用了在底部框架區(qū)加入抗震墻結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對房屋建筑堅(jiān)固性的需求。底部框架結(jié)構(gòu)式的建筑形式，符合房屋抗震的需求，主要采用鋼筋混凝土的形式，提高了墻體的承重能力，該結(jié)構(gòu)在房屋建筑中的應(yīng)用，保障了建筑物的施工質(zhì)量，加強(qiáng)了建筑物的堅(jiān)固性，提高了建筑物的抗震能力，為人們居住的安全性和房屋的穩(wěn)定性提供了基礎(chǔ)。

1.底部局部框架砌體房屋抗震性能分析

1.1 底部局部框架砌體房屋的震害

在底部局部框架砌體房屋當(dāng)中，在地震當(dāng)中所受的震害有很多種，具體來說，低層的框架柱頂柱剪壓破壞將會較為嚴(yán)重，完全壓碎混凝土，在柱底和柱頂會發(fā)生燈籠狀的鋼筋壓屈破壞。在底層砌體承重墻中，剪切破壞將會十分嚴(yán)重，造成磚柱的開裂問題。在建筑上部的砌體結(jié)構(gòu)中，外縱墻窗間墻、上下墻等，會發(fā)生X形狀的裂縫，山墻、內(nèi)橫墻將會發(fā)生斜向或水平方向上的裂縫。在底部局部框架砌體房屋當(dāng)中，由于砌體材料自身具有脆性的特點(diǎn)，因此，在與底層較為接近的位置，在地震中將會承受更大的水平地震作用力[1]。如果在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，底部進(jìn)行了較為強(qiáng)化的設(shè)計(jì)，在薄弱層就會轉(zhuǎn)移到建筑上部。因此，在下部強(qiáng)化設(shè)計(jì)的情況下，如果過渡層上部砌體設(shè)計(jì)不合理，底層附近的某層將會發(fā)生倒塌。

1.2 彈性抗震性能

彈性抗震性能主要通過對比算例設(shè)計(jì)、周期與振型、位移反應(yīng)、層間剪力以及框架承擔(dān)的剪力這五方面來實(shí)現(xiàn)這一抗震性能的分析。第一，對比算例設(shè)計(jì)是基于《抗規(guī)》的設(shè)計(jì)要求下，針對這一房屋的具體使用情況，基于三類不同結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)了5個算例并進(jìn)行了對比分析；第二，在周期與振型上，采用SAP2000軟件來實(shí)現(xiàn)對算例結(jié)構(gòu)周期的分析，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)模態(tài)分析，且表明基于不同結(jié)構(gòu)類型下都呈現(xiàn)出彎曲型；第三，在位移反應(yīng)上，通過分析表明各不同算例之間，在位移與相應(yīng)位移角上，都滿足了相應(yīng)彈性階段下相應(yīng)設(shè)計(jì)的要求；第四，在層剪力上，基于反應(yīng)譜作用下，各個模型層間的層剪力并不存在明顯差別；第五，基于框架承擔(dān)的剪力上，基于反應(yīng)譜計(jì)算下，得出其所承擔(dān)的水平地震力是基于相應(yīng)抗震墻數(shù)量的變化而發(fā)生變化的[2]。

1.3 塑性抗震性能

在塑性抗震性能研究中，本文主要引入相應(yīng)的的有限元分析軟件，如MSC.MARC，在此基礎(chǔ)上對底部局部框架的位移情況、應(yīng)變情況、框架出鉸情況以及耗能性能進(jìn)行分析。其中在位移情況方面，可發(fā)現(xiàn)整個底框結(jié)構(gòu)中，變形最大層主要集中在底部框架層方面，且單排柱形式框的位移情況類似于一般砌體房屋。在應(yīng)變情況方面，通常應(yīng)力集中部位、結(jié)構(gòu)薄弱部位等易受到地震力的破壞，且在破壞程度上上部砌體層受到的破壞較小，但底部框架層受損情況較為明顯。再從框架出鉸情況看，根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，出鉸較為嚴(yán)重的部位主要表現(xiàn)在角柱、比邊柱等方面[3]。另外，在耗能性能方面，與砌體房屋塑形性能相比，底部框架砌體的性能與其差異較小，充分說明僅需保證設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)整體塑形性能便可得到提高。

2.算例分析

2.1 算例設(shè)計(jì)

以常見底部局部框架砌體雙排柱布置形式房屋為例，在5層算例模型中，門洞尺寸、墻垛寬和窗洞尺寸均固定，分別為 900mm×2000mm、280mm、2000mm ×1500mm，整個房屋架構(gòu)均居中布置，按照6度設(shè)防，參照《抗規(guī)》相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)造柱置于房屋四角及縱橫墻相交處，按照最低抗壓及抗震驗(yàn)算要求設(shè)計(jì)墻體，算例基本情況：層高為15.5m，墻厚為240mm，其中底層材料為磚MU10/砂漿M10，二層材料為磚MU10/砂漿M7.5，三層以上材料為磚MU10/砂漿M50[4]。

2.2 結(jié)構(gòu)位移

以6度地震為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在不同地震波輸入算例模型布置形式房屋，各層最大位移為USA00012，所得位移計(jì)算結(jié)果為：頂層最大位移為13.5mm，在砌體高剛度情況下，各層位移均較小，算例層位移曲線呈彎剪型，層間位移角最大值出現(xiàn)在底層，從一層至五層，USA00012輸入值分別為3.71、6.18、9.11、11.65、13.65，最大層間位移角分別為1/965、1/1215、1/1025、1/1055、1/1500。從位移分析結(jié)果來看，墻體基本上能夠滿足“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防要求，按照最低抗壓及抗震驗(yàn)算要求設(shè)計(jì)墻體具有可行性[5]。

2.3 結(jié)構(gòu)應(yīng)變

在實(shí)際的地震環(huán)境下，建筑自身的結(jié)構(gòu)應(yīng)變是考量建筑抗震性能的重要指標(biāo)，如果建筑能夠在一定級別的天然地震波的影響下保持較為完整的結(jié)構(gòu)，就能夠保障建筑物內(nèi)部人員和財(cái)產(chǎn)的安全。試驗(yàn)采用USA00012天然波（釋放能量等效于6級地震），經(jīng)過一次持續(xù)30s、兩次10s的同一強(qiáng)度測試。發(fā)現(xiàn)被測建筑縱向砌體墻的窗下位置產(chǎn)生裂縫，而砌體結(jié)構(gòu)較寬的窗間墻破化較輕；建筑物裂縫集中在二、三等位置，而上部樓層的破化較輕；門洞上方的裂縫較為集中，而框架結(jié)構(gòu)基本沒有破壞[6]。

測試結(jié)果顯示局部框架和砌體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的房屋建筑結(jié)構(gòu)，在6級地震的環(huán)境下，能夠發(fā)揮其塑性和彈性相結(jié)合的優(yōu)勢，雖然門窗位置出現(xiàn)不同程度開裂，但是并未達(dá)到完全屈服的程度，建筑整體還是保持了較高的完整性。尤其是底部框架結(jié)構(gòu)的存在，有效控制了建筑物的塑性形變，吸收了地震的能量，保護(hù)了建筑物的安全。

2.4 基底剪切力

地震能量的釋放存在兩種形式，一種是縱波一種是橫波，其中橫波是導(dǎo)致建筑物破壞的主要因素，在地震橫波的作用下，建筑物會出現(xiàn)橫向的移動，在移動發(fā)生的同一時間建筑物頂部的角速度與建筑物底部的角速度存在差異，因?yàn)樾纬闪嘶氐募羟欣?，這是導(dǎo)致建筑物倒塌的主要因素。測試依然選用USA00012天然波，測試過程中能量釋放程“低-高-低”形式，測試過程中發(fā)現(xiàn)在 USA00012天然波作用下，基底框架剪力為999.14kN、1296kN、1003.5kN，與地震能量釋放基本保持一致，但是變化幅度明顯沒有USA00012天然波大。

因此可以筆者認(rèn)為在6級地震環(huán)境下，框架承擔(dān)的基底剪力增長緩慢，通過框架基底建筑的振動頻率和振動幅度都得到了削弱，能夠滿足建筑物在 6級強(qiáng)震下的抗震要求。

結(jié)論：綜上所述，研究房屋的抗震性能對于提升房屋的安全性至關(guān)重要。本文將底部局部框架砌體房屋的抗震性能作為研究的基點(diǎn)，通過算例設(shè)計(jì)，對底部局部框架砌體房屋的結(jié)構(gòu)位移、結(jié)構(gòu)應(yīng)變、以及基地剪切力進(jìn)行了模擬分析，研究結(jié)果證明，此種房屋結(jié)構(gòu)的抗震性能良好，能夠達(dá)到在遇到大型地震時保證房屋不倒塌的目標(biāo)，具有中等防震水平，能夠在地震災(zāi)害發(fā)生時最大程度的減少損失，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

[1]張男. 考慮填充墻的底部框架—抗震墻砌體房屋抗震性能研究[D].東北林業(yè)大學(xué),2014.

[2]陳俊. 底部框架—抗震墻房屋的抗震性能及層剛度比的影響規(guī)律分析[D].重慶大學(xué),2010.

[3]宋林波. 底部兩層框架—抗震墻砌體房屋抗震性能分析與校驗(yàn)[D].重慶大學(xué),2011.

[4]劉立平,李英民,陳俊. 底部框架-抗震墻房屋與多層砌體房屋抗震性能的對比分析[J]. 土木工程學(xué)報,2010,S1:42-47.

[5]胡宗臣. 底部框架—抗震墻砌體結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].安徽建筑大學(xué),2014.

[6]劉硯山. 底框砌體房屋抗震性能分析及抗側(cè)剛度比研究[D].鄭州大學(xué),2013.

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1007-6344（2016）03-0292-01

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