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）

隨著國家經濟的快速發展，人們生活水平逐漸提高，對房屋建筑質量有著更高的要求。近年來，地震災害相對較多，對我國房屋損壞較為嚴重，對國家和人民造成嚴重損失。所以，有關人員有必要加強對提升房屋抗震性能的研究，確保房屋建筑質量。底部局部框架砌體對房屋抗震性能有重要影響，應從綜合角度進行分析。本文主要對底部局部框架砌體房屋抗震性能進行算例分析，能夠有效規避房屋底部局部框架結構發生位移或受應變力影響，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過程中，由于經濟發展水平相對較低，導致大部分房屋建筑的抗震性能較差，為了提高房屋建設的堅固性，在城鎮的臨街建筑中，采用了在底部框架區加入抗震墻結構，實現了對房屋建筑堅固性的需求。底部框架結構式的建筑形式，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，該結構在房屋建筑中的應用，保障了建筑物的施工質量，加強了建筑物的堅固性，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定性提供了基礎。

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中，在地震當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重，完全壓碎混凝土，在柱底和柱頂會發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重，造成磚柱的開裂問題。在建筑上部的砌體結構中，外縱墻窗間墻、上下墻等，會發生X形狀的裂縫，山墻、內橫墻將會發生斜向或水平方向上的裂縫。在底部局部框架砌體房屋當中，由于砌體材料自身具有脆性的特點，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]。如果在設計過程當中，底部進行了較為強化的設計，在薄弱層就會轉移到建筑上部。因此，在下部強化設計的情況下，如果過渡層上部砌體設計不合理，底層附近的某層將會發生倒塌。

1.2 彈性抗震性能

彈性抗震性能主要通過對比算例設計、周期與振型、位移反應、層間剪力以及框架承擔的剪力這五方面來實現這一抗震性能的分析。第一，對比算例設計是基于《抗規》的設計要求下，針對這一房屋的具體使用情況，基于三類不同結構來設計了5個算例并進行了對比分析；第二，在周期與振型上，采用SAP2000軟件來實現對算例結構周期的分析，并實現相應模態分析，且表明基于不同結構類型下都呈現出彎曲型；第三，在位移反應上，通過分析表明各不同算例之間，在位移與相應位移角上，都滿足了相應彈性階段下相應設計的要求；第四，在層剪力上，基于反應譜作用下，各個模型層間的層剪力并不存在明顯差別；第五，基于框架承擔的剪力上，基于反應譜計算下，得出其所承擔的水平地震力是基于相應抗震墻數量的變化而發生變化的[2]。

1.3 塑性抗震性能

在塑性抗震性能研究中，本文主要引入相應的的有限元分析軟件，如MSC.MARC，在此基礎上對底部局部框架的位移情況、應變情況、框架出鉸情況以及耗能性能進行分析。其中在位移情況方面，可發現整個底框結構中，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。在應變情況方面，通常應力集中部位、結構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，根據研究發現，出鉸較為嚴重的部位主要表現在角柱、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計合理，結構整體塑形性能便可得到提高。

2.算例分析

2.1 算例設計

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，整個房屋架構均居中布置，按照6度設防，參照《抗規》相關設計標準，構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算要求設計墻體，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 結構位移

以6度地震為設計標準，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，所得位移計算結果為：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”的抗震設防要求，按照最低抗壓及抗震驗算要求設計墻體具有可行性[5]。

2.3 結構應變

在實際的地震環境下，建筑自身的結構應變是考量建筑抗震性能的重要指標，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構，就能夠保障建筑物內部人員和財產的安全。試驗采用USA00012天然波（釋放能量等效于6級地震），經過一次持續30s、兩次10s的同一強度測試。發現被測建筑縱向砌體墻的窗下位置產生裂縫，而砌體結構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，而框架結構基本沒有破壞[6]。

測試結果顯示局部框架和砌體結構相結合的房屋建筑結構，在6級地震的環境下，能夠發揮其塑性和彈性相結合的優勢，雖然門窗位置出現不同程度開裂，但是并未達到完全屈服的程度，建筑整體還是保持了較高的完整性。尤其是底部框架結構的存在，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，建筑物會出現橫向的移動，在移動發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，因為形成了基地的剪切里，這是導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，測試過程中發現在 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。

因此可以筆者認為在6級地震環境下，框架承擔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級強震下的抗震要求。

結論：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，通過算例設計，對底部局部框架砌體房屋的結構位移、結構應變、以及基地剪切力進行了模擬分析，研究結果證明，此種房屋結構的抗震性能良好，能夠達到在遇到大型地震時保證房屋不倒塌的目標，具有中等防震水平，能夠在地震災害發生時最大程度的減少損失，保障人們的生命財產安全。

[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].東北林業大學,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律分析[D].重慶大學,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[D].重慶大學,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]. 土木工程學報,2010,S1:42-47.

[5]胡宗臣. 底部框架—抗震墻砌體結構抗震性能研究[D].安徽建筑大學,2014.

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

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1007-6344（2016）03-0292-01

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