浅谈复合墙民用住宅结构抗震设计研究

　　【摘 要】 针对地震作用下砌体墙容易开裂、延性较差和混凝土墙刚度过大易导致薄弱层向上转移等问题,提出在房屋底层设置刚度可调、延性良好的新型抗侧力构件--密肋复合抗震墙,形成底部框架-密肋复合墙上部砌体结构,从框架-复合墙受力特点、框架与复合墙协同工作模型、复合墙有效刚度等方面对其抗震性能进行了详细分析,结合相关试验给出了底部框架密肋复合墙房屋结构实用抗震设计方法和构造措施。

　　【关键词】 底部框架-抗震墙砌体结构密肋复合墙抗震性能抗震设计方法构造措施

　　我国城镇临街的住宅建设中，为了方便群众生活和满足商业服务的需要，底层或下部两层常用作商店、餐厅等空间较大的生活服务区域，采用混凝土框架或框架-抗震墙结构形式，而上部开间较小的住宅为普通砌体承重结构，形成底部框架-抗震墙上部砌体结构房屋。同混凝土框架结构相比，这种结构可以节约建设资金、缩短施工工期，对于当前阶段我国进行大规模城镇住宅建设具有重要的现实意义。国内尤其是广大乡村城镇地区已建成的底部框架结构中，底层一般采用砖砌体作为抗震墙，抗震规范和砌体规范对此类抗震墙的设计做出了相应规定。针对地震作用下砖砌体墙容易开裂、延性较差的问题和设置混凝土墙带来的刚度过大等不利影响，提出在房屋底层设置一种新型抗侧力构件—一密肋复合抗震墙，形成底部框架—一密肋复合墙上部砌体房屋结构(简称底部框架—一复合墙结构)。本文结合课题组前期对密肋复合墙、框架-密肋复合墙的研究成果，对底部框架—一复合墙结构的抗震设计方法、构造措施等方面进行较为系统的介绍，以利于今后对底部框架房屋结构的研究和工程应用。

　　1上部砌体结构

　　密肋复合墙是以截面及配筋较小的钢筋混凝土为框格，内嵌以各种具有一定强度的轻质砌块工地现浇或工厂预制而成。密肋复合墙在水平荷载作用下，与隐形外框架共同工作，两者相互作用，充分发挥各自性能，以密肋复合墙为主要受力构件、与隐形外框架和现浇楼板组成的装配整体式密肋壁板结构，已在我国部分省市的多层和小高层住宅体系中得到应用。底部框架房屋的设计中，砌体层与底部框架—一抗震墙层刚度比值的控制是决定这类房屋抗震性能优劣的关键性因素，其中一个重要的原因在于无论是砌体墙还是混凝土墙，在墙体截面面积固定不变的条件下无法实现刚度的自由调整，造成上下层刚度比值难于控制，而密肋复合墙可以有效解决墙体面积不变时其抗侧刚度的调整问题，从而满足不同条件下结构对抗震墙的设计需求。

　　2抗震性能研究

　　2.1框架—一密肋复合墙体受力特点。为了研究反复荷载作用下框架与复合墙协同工作机制、破坏形态和极限剪承载能力，进行了内置“十”字形、“丰”字形、“井”字形等不同框格形式的框架—一复合墙荷载试验。框架—一复合墙荷载试验结果表明：①试件破坏形式均是剪切型，内墙板中填充砌块首先开裂，继而墙板框格(主要是肋梁)端部形成塑性铰，最后外框架柱发生压弯破坏，框架-复合墙体具有明显的双重延性受力特点;②内填砌块与混凝土框格、复合墙板与外框架相互支撑、相互约束，依照各自刚度大小承担相应荷载，并在荷载作用过程中不断进行内力重分配与调整，具有良好的协同工作性能;③密肋复合墙板的独特构造特点，减小甚至避免了砌体墙发生平面外破坏的可能，砌体在破坏阶段仍能发挥一定支撑作用;较小的框格有利于控制墙体裂缝分布，避免形成贯通框架对角的主斜裂缝，同时增加了墙体变形能力，使得后期变形更为平缓;④处于压弯状态的肋柱较拉弯状态的肋梁破坏轻微，在荷载作用的整个过程中均能保持竖向承载力，始终分担试件所承担的竖向荷载，表现出良好的抗倒塌能力。

　　3实用抗震设计方法

　　确定框架与复合墙协同工作计算模型和不同阶段复合墙刚度折减系数后，即可进行抗震设计。底部框架结构层数一般不会超过8层，刚度沿高度分布比较均匀，并且以剪切变形为主，因此可采用底部剪力法进行计算。参考一般底部框架-抗震墙砖房结构，给出底部框架—一复合墙结构的主要设计步骤：

　　3.1 初步拟定框架、复合墙及上部砌体墙的截面尺寸和材料强度等级，计算出各楼层重力荷载代表值，将其分别集中置于相应的楼盖水平处。

　　3.2 计算结构的层间侧移刚度。底层侧移刚度按公式(6)计算，若底层同时还有砌体抗震墙或混凝土墙，则可在式(6)上增加相应构件有效侧移刚度表达式。初步设计阶段，复合墙弹性等效刚度可取0.4~0.6倍的同截面混凝土墙刚度，误差不大。

　　3.3 计算结构的自振周期.底层框架-复合墙结构的基本周期建议采用顶点位移法或瑞雷法，由此两式计算所得的基本周期值与实测值符合较好。

　　4抗震构造措施

　　底部框架复合墙结构所采取的抗震构造措施除应满足抗震规范、砌体规范等对多层砌体房屋和底部框架房屋的有关规定外，框格配筋还应满足下列几方面的要求:①框格纵筋配筋率与墙板截面积的比值不应小于1.0‰，钢筋直径不宜小于16 mm，截面配筋数量不少于4根;箍筋直径不宜小于6mm，间距不大于300，梁柱交接处适当加密;②与复合墙相连的框架柱除承担自身所分配的地震力外，还与复合墙之间存在较为复杂的受力关系，抗震等级宜提高一级考虑，箍筋沿柱全高加密;③肋梁钢筋外伸长度在框架柱内符合锚固长度要求，当框架柱两侧均有复合墙时，肋梁纵筋宜连续设置;④肋梁、肋柱与框架之间的砌块参与结构受力，与框架柱通过26间400mm的拉结筋可靠连接，沿框格全长设置。

　　底部框架—一抗震墙房屋是符合我国现阶段国情特点、在城市和乡镇中被广泛应用的一种结构形式，预计在今后相当长一段时期内仍会建造大量的底框砌体住宅建筑。

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