理论教育 合理取值:侧向刚度比注册结构工程师专题精讲

合理取值:侧向刚度比注册结构工程师专题精讲

更新时间:2026-01-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:重要的措施是通过在底部的纵、横向设置一定数量的抗震墙,控制底部框架抗震墙与上部砌体结构的侧向刚度比,使底层抗侧移刚度与上面各层的层间抗侧移刚度尽可能接近。底部框架抗震墙与上部侧向刚度比的合理取值和控制范围,既应包括弹性层间位移反应尽量均匀,又应包括不至于出现突出的薄弱楼层。

由于底层框架⁃抗震墙砌体结构的底层、上层采用不同的材料及结构形式,致使层间侧移刚度相差较多。故沿高度方向的弹塑性层间位移分布有其独特特点。

图11.3.1列出了底层框架⁃抗震墙砌体房屋在多遇地震作用下各层弹性层间位移值和罕遇地震作用下各层弹塑性层间位移值。

从图11.3.1所示情况可得:

小震作用时,弹性工作阶段,弹性层间位移反应比较均匀。

大震作用时,弹塑性工作阶段,底部弹塑性变形集中。从层间变形情况知,底层和过渡层的弹塑性变形发展比较充分,是薄弱层,在大震作用下将率先屈服,发生很大的塑性变形集中而可能导致结构倒塌。

图示

图 11.3.1

由于截面抗震承载力验算是按小震作用进行的,局限于弹性工作范围,薄弱层通常也能满足抗震承载力验算要求,计算中很难被发现。但是在此类结构中,这种刚度突变又是不可避免的,只能在设计中采取措施予以控制,使在地震作用下底部框架⁃抗震墙砌体房屋的弹性层间位移反应比较均匀,减少在强烈地震作用下的弹塑性变形集中,从而提高房屋的整体抗震能力。重要的措施是通过在底部的纵、横向设置一定数量的抗震墙,控制底部框架⁃抗震墙与上部砌体结构的侧向刚度比,使底层抗侧移刚度与上面各层的层间抗侧移刚度尽可能接近。底部框架⁃抗震墙与上部侧向刚度比的合理取值和控制范围,既应包括弹性层间位移反应尽量均匀,又应包括不至于出现突出的薄弱楼层。

试验研究表明:

(1)第二层与底层的侧向刚度比在1.5左右时,虽然第一层的弹塑性最大位移反应仍偏大一些,但是弹塑性变形集中的现象要好得多,能够发挥底层框架⁃抗震墙变形和耗能能力大的抗震性能,而且上部砌体房屋破坏不严重,有利于结构的整体抗震。

(2)当第二层与底层的侧向刚度比小于1.2,特别是小于1.0时,底层钢筋混凝土墙设计得多而大,底层抗震的极限剪力较上部多层砌体房屋的各层大,薄弱楼层不再是底层而是上部砌体房屋层间极限剪力相对较小的楼层。

(3)底层框架抗震墙砌体房屋的第二层与底层的侧向刚度比宜控制在1.2~2.0之间。当设有钢筋混凝土抗震墙时可适当放宽,但不应大于2.5,当仅设嵌砌于框架的实心砖墙时不应大于2.0。(https://www.daowen.com)

根据结构沿高度方向刚度不均匀的弹性地震反应分析结果,结合宏观震害经验,《建筑抗震设计规范》规定,二层与底层的层间抗侧移刚度比限值要求为:

7.1.8 底部框架⁃抗震墙砌体房屋的结构布置,应符合下列要求:

3 底层框架⁃抗震墙砌体房屋的纵横两个方向,第二层计入构造柱影响的侧向刚度与底层侧向刚度的比值,6、7度时不应大于2.5,8度时不应大于2.0,且均不应小于1.0。

若底层采用钢筋混凝土抗震墙,由于混凝土的弹性模量为上层砖砌体的弹性模量的10倍左右,上述要求容易满足。但当采用砖抗震墙时,则不易满足。

底部剪力墙设置数量过少,过渡层与底层的刚度比大于《建筑抗震设计规范》的限值要求,使得底层成为明显的薄弱层;底部剪力墙布置数量过多,过渡层与底层的刚度比小于1,则过渡层成为薄弱层。

从房屋在“大震”作用下的状态来看,由于底部框架⁃抗震墙的变形和耗能能力较上部砌体部分要好得多,因此不宜把底部的承载能力设计得过强,以防止薄弱楼层转移到上部砌体部分。底部的承载能力设计较强包括以下两个方面:

一是底部设计较多的钢筋混凝土抗震墙,无论是底部的侧移刚度还是底部的极限承载能力都较上部楼层大。

二是底部的抗震墙数量较为合理,但由于框架柱和钢筋混凝土墙的混凝土强度等级采用得较高或纵筋配筋量大,使得底部的极限承载力较大。

对于第一种情况,其弹塑性变形集中的薄弱楼层为上部砌体部分,底部破坏很轻。

对于第二种情况,底部的钢筋混凝土墙将首先开裂,但破坏集中的楼层仍为上部砌体中相对较弱的楼层。

因此,底部框架⁃抗震墙砌体房屋的抗震设计应遵循底部框架⁃抗震墙与上部砌体的抗震能力相匹配的原则,从这一原则出发,在遵守《建筑抗震设计规范》对底部框架⁃抗震墙砌体房屋的底部地震剪力设计值乘以增大系数时,应对上部砌体部分特别是过渡楼层也相应采取提高承载能力和变形、耗能能力的措施。比如,在内纵墙与横墙(轴线)交接处增设构造柱,在纵横向部分墙体中采用配筋砌体等。

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