底層商服住宅樓的抗震設(shè)計研究

姜洪雁　張　皓　孟憲偉

摘要:因為商住樓需要在底層形成大空間,而框架結(jié)構(gòu)體系因其柱網(wǎng)布置靈活,易于滿足功能需要,因此在住宅設(shè)計中越來越多被采用;但框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小,抗震能力弱,且異形框架、短柱等存在的抗震問題,因而提出了提高抗震能力的措施。

關(guān)鍵詞:商住樓 框架結(jié)構(gòu) 側(cè)向剛度 抗震能力

0 引言

框架結(jié)構(gòu)體系柱網(wǎng)布置靈活,施工方便,因此,在當(dāng)前住宅設(shè)計中很多采用這種結(jié)構(gòu)體系。為了滿足功能上的需要,但框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度小,抗震能力弱,在設(shè)計過程中如設(shè)計者對抗震要求考慮不周,將使整幢住宅樓的抗震能力大大降低,在地震作用時可能產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞甚至倒塌,給人民的生命財產(chǎn)安全帶來不可估量的損失。因此加強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)住宅樓的整體抗震能力,是設(shè)計者必須注意的問題。下面就框架結(jié)構(gòu)住宅樓的幾個抗震問題作一下分析并提出解決方法。

1底層大空間的住宅抗震問題

1.1產(chǎn)生問題的原因及危害 隨著小汽車進(jìn)入我國家庭而帶來的停車難問題,同時隨著市場經(jīng)濟(jì)機(jī)制的建立,商品流通日益活躍,臨街住宅樓底層或下面幾層作為商業(yè)用房隨處可見,在住宅設(shè)計中采用框架結(jié)構(gòu)把底層架空作為停車場或商業(yè)用房。這種形式在住宅設(shè)計中經(jīng)常采用。但是由于框架結(jié)構(gòu)中填充墻雖是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,但可約束框架體系的側(cè)向變形,在地震作用過程中承擔(dān)了很大一部分地震剪力,從而使框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)的地震剪力減少,提高了框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。由于底層作為開敞的停車場,框架柱沒有填充墻的約束作用,這樣就使底層框架柱的側(cè)向剛度比上部各層小,形成了豎向剛度突變,使底層框架成為柔弱層,導(dǎo)致底層框架柱發(fā)生過大的應(yīng)力集中和塑性變形集中,使整幢建筑物的抗震能力大大地減弱。

1.2解決問題的方法和措施 為了解決上述問題的危害,必須加強(qiáng)底層柱的抗側(cè)剛度和結(jié)構(gòu)延性。因此應(yīng)加大底層柱的斷面尺寸,提高砼標(biāo)號,降低底層框架柱的軸壓比,同時沿底層柱全高箍筋加密,從而提高底層框架柱的抗側(cè)剛度及延性系數(shù),此外,亦可以把住宅填充墻改為輕質(zhì)材料隔斷,減弱填充墻對框架結(jié)構(gòu)的約束作用和耗能作用。使整幢建筑物豎向剛度趨于均勻,各樓層的屈服系數(shù)大致相等,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體屈服機(jī)制,從而提高了結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。

2異形柱框架結(jié)構(gòu)的抗震問題

2.1 產(chǎn)生問題的原因 異形柱是指L形、T形和十形柱。異形柱根據(jù)住宅的平面組合而應(yīng)用于住宅設(shè)計中,使柱子不突出房間內(nèi)墻,增加了房間的有效使用面積,解決了矩形柱給家具布置帶來的諸多不便,從而改善了住宅使用功能和構(gòu)成良好的使用空間,受到廣大用戶的歡迎。因而根據(jù)市場需求,近年來建造了大量的異形柱框架住宅樓。異形柱框架結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的設(shè)計,目前尚未有較為系統(tǒng)成熟的計算方法及構(gòu)造措施。在設(shè)計中往往先假定異形柱的斷面尺寸,然后根據(jù)等面積和等慣性矩的原則,將其換算成矩形斷面進(jìn)行計算,把計算結(jié)果再換算成異形柱進(jìn)行配筋。異形柱與相同截面積的矩形柱相比,截面開展,剛度較大,而異形柱換算成等截面和等慣性矩的矩形柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,其結(jié)果與異形柱的實際受力情況是有一定的差異的,從而不能準(zhǔn)確地反映框架異形柱的受力變形情況。同時異形柱的彎曲中心和形心不重合,在地震力作用下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)而使截面應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜化,剪應(yīng)力增加,法向應(yīng)力分布不均勻。又由于異形柱短邊尺寸較小,即使加強(qiáng)配筋,也難以避免砼的早期壓碎,縱向鋼筋壓曲的脆性破壞現(xiàn)象,即柱的小偏心受壓破壞。使結(jié)構(gòu)延性系數(shù)小,發(fā)生地震時人逃生的時間少。

2.2解決的方法及措施 從以上分析可知框架異形柱的受力情況較復(fù)雜,其結(jié)構(gòu)延性較低。因此在設(shè)計異形柱框架結(jié)構(gòu)住宅樓時,應(yīng)采取一定的構(gòu)造措施,以滿足抗震要求。如限制異形柱框架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍,把其應(yīng)用范圍限制在七度區(qū)抗震設(shè)防的八層以下,同時加強(qiáng)橫縱向框架結(jié)構(gòu)的拉通聯(lián)結(jié),平面布置力求規(guī)整,剛度均勻?qū)ΨQ,結(jié)構(gòu)豎向剛度連續(xù)均勻,降低框架異形柱的軸壓比(軸壓比應(yīng)小于或等于0.4),改善其結(jié)構(gòu)延性。同時在施工過程中,應(yīng)考慮框架異形柱短邊尺寸較小,在節(jié)點處鋼筋較密而造成砼澆搗不密實,應(yīng)采用細(xì)石砼澆搗框架柱,保證砼質(zhì)量。

3短柱的抗震問題

3.1產(chǎn)生問題的原因及危害 為了解決儲藏空間問題,經(jīng)常把住宅樓底層設(shè)計成儲藏間,由于儲藏間層高較低,致使底層框架柱形成短柱(短柱是指柱的凈高與柱截面高度之比小于4)。在同一框架中,樓梯間平臺梁與樓層框架梁之間在框架柱兩節(jié)點間形成短柱。起居室由于功能上要求,往往把窗設(shè)計為滿開間長窗,這樣窗臺下墻體對框架柱產(chǎn)生約束作用,窗框那部分柱子形成了短柱。

由于短柱剛度大,在地震作用下承擔(dān)了大量的地震剪力,致使砼首先遭到破壞,然后才是鋼筋產(chǎn)生屈服破壞,即產(chǎn)生脆性破壞,形成結(jié)構(gòu)抗震薄弱部位,不利于提高整幢建筑物整體抗震能力。

3.2解決問題的方法和措施 在設(shè)計過程應(yīng)盡力避免框架柱形成短柱現(xiàn)象,如無法避免,則應(yīng)確保短柱的抗剪強(qiáng)度及變形能力,防止框架柱過早發(fā)生剪切破壞。主要措施為沿短柱全高箍筋加密(箍筋間距不大于100mm),利用箍筋對砼的變形起約束作用及箍筋本身的抗剪作用,提高柱本身的抗剪破壞能力或者可在柱身內(nèi)配置一定數(shù)量的斜向鋼筋(圖1),亦可以顯著提高短柱的抗剪能力,改變短柱延性低的不利因素。

4結(jié)束語

在住宅設(shè)計過程中,只要充分考慮分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的變形特點,并采取一定的構(gòu)造措施,就可解決因建筑功能需要而影響結(jié)構(gòu)的抗震能力,從而使整幢住宅樓在地震作用下達(dá)到小震不壞、中震可修、大震不倒的目的,最大限度地減少地震災(zāi)害給居住者造成的生命和財產(chǎn)損失。

參考文獻(xiàn):

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