1、1,底层框架抗震墙房屋薄弱层的抗震性能 文献汇报,郑州大学土木工程学院,2,一、底层框架抗震墙房屋概述,二、薄弱层问题阐述,三、震害调查分析,四、相关文献综述,五、总结与思考,文献汇报主要内容,3,底层框架抗震墙房屋概述,底层框架抗震墙房屋概述 底层框架抗震墙房屋是一种混合结构房屋钢筋混凝土框架及抗震墙承重 + 砖墙承重底部空间可以灵活布置，较框架结构造价低廉。如临街建筑，底层设置商店、餐厅的多层住宅。该类建筑竖向刚度急剧变化，变形能力不一致，地震时容易出现变形集中，产生过大侧移而严重破坏，甚至倒塌。,4,底层框架抗震墙房屋概述,底层框架抗震墙房屋对比多层砌体房屋 震害表明，早期的底框房屋的震
2、害重于相同条件下的多层砌体房屋。随着建筑抗震设计规范的不断修订，其对底框房屋给出严于砌体房屋的抗震设计要求。汶川地震中，底框房屋虽然破坏严重，甚至发生倒塌，但按规范设计、施工的该类房屋表现的抗震性能并不比砌体房屋差，有的甚至好于同条件下的砌体房屋。,5,底层框架抗震墙房屋概述,熊立红等文献10通过三幢模型模拟地震振动台试验和非线性分析表明：合理设计的底框房屋其抗震能力优于全砌体房屋。刘立平等在文献11采用理论分析和算例分析相结合的方法，从楼层地震剪力、楼层侧移、裂缝分布等角度，对比分析两类结构的抗震性能。现行建筑抗震规范设计的底框房屋的抗震性能优于砌体房屋的抗震性能，或与之相当。,6,底层框架
3、抗震墙房屋概述,相关震害调查数据也可以证明。对绵阳地区 181栋砌体结构、42栋底框结构、153栋框架结构进行了现场调查与初步统计。,7,一、底层框架抗震墙房屋概述,二、薄弱层问题阐述,三、震害调查分析,四、相关文献综述,五、总结与思考,文献汇报主要内容,8,薄弱层问题阐述,薄弱层的相对性概念：底框房屋的底层和过渡层受力复杂，是该类结构的薄弱层。 规范中针对底框结构“上刚下柔”的特点，必须在底部框架中设置一定数量的抗震墙；底层地震剪力设计值应根据第2层与第1层侧移刚度比的大小乘以1.21.5的增大系数等设计要求。以便于增强底层的侧向刚度和提高其极限承载力。 不适当的加强某一层往往会使相邻楼层变
4、成新的薄弱楼层,9,薄弱层问题阐述,底层框架抗震墙房屋的薄弱部分到底是过渡层还是底层框架，关键取决于二者的抗侧移刚度比。建筑抗震设计规范（GB50011-2010）中规定：屋底层框架抗震墙房的纵横两个方向，第二层与底层抗侧刚度的比值，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。,10,薄弱层问题阐述,底部两层框架抗震墙房屋的纵横两个方向，底层与第二层抗侧移刚度应接近，第三层与底部第二层抗侧刚度的比值，6、7度时不应大于2.0，8度时不应大于1.5，且均不应小于1.0。 但设计中很难把握，比如抗震墙数量的确定与很多因素有关，如层刚度比、抗震墙设置的间距、框剪层与相邻砖砌体
5、层的弹塑性位移比值、抗震墙布置形式等 。计算过程繁琐，工程设计中较难做到。,11,一、底层框架抗震墙房屋概述,二、薄弱层问题阐述,三、震害调查分析,四、相关文献综述,五、总结与思考,文献汇报主要内容,12,震害调查分析,2008年5月12日汶川地区发生的里氏8.0级大地震以及2010年4月14日青海玉树发生的里氏7.1级大地震，给当地人民带来严重的人员伤亡和财产损失。通过震害调查和震害分析及其相应的与震害对应比较的研究，对于深刻认识该类房屋的抗震性能、薄弱环节和抗震设计中存在的问题有着非常重要的意义。,13,震害调查分析,震害调查分析表明引起大量建筑物倒塌或严重破坏的原因：1）地震烈度高2）结
6、构设计不合理或施工质量缺陷等问题。 再者由于建造年代差异以及设计施工质量问题，部分底框砖房表现出良好的抗震性能，在烈度达12度地区实现了“大震不倒”，也有相当一部分在烈度为910度地区发生严重破坏甚至于完全倒塌。 总之，不同地区不同类型的底框房屋表现出不同的震害特点。,14,震害调查分析,通过对相关文献的整理，关于底层框架房屋薄弱层问题较为突出的震害特点可以总结为以下两点：,1）薄弱层出现在底层：底层砌体抗震墙及框架柱的破坏,2）薄弱层出现在过渡层：结构过渡层墙体和构造柱的破坏,15,一、底层砌体抗震墙及框架柱的破坏,抗震墙是底层结构抗震的首道防线，由于其自身具有一定的的刚度和强度，在抗震墙为
7、开裂前，其承担绝大部分的底层地震剪力。 地震时率先开裂，表现为端墙和内横墙出现斜裂缝和交叉裂缝。在地震中与地震作用方向平行的墙体会因为主拉应力强度不足而发生剪切破坏，出现在水平地震作用的反复作用下，两个方向的斜裂缝组成交叉裂缝2。,16,一、底层砌体抗震墙及框架柱的破坏,底部框架结构在地震作用下进入塑性变形阶段，由于砌体抗震墙刚度退化带来的地震剪力重分配，使框架承担的地震剪力加大，当超过其承载力时，不可避免地产生不同程度的破坏。 另外，由于框架梁承托上部墙体，多少具有一些墙梁组合作用，使框架梁的内力有所减小，同时组合构件的刚度很大，最终框架破坏都发生在框架柱或粱柱节点。,17,一、底层砌体抗震
8、墙及框架柱的破坏,震害较为严重的底框结构柱子直接发生倾斜、断裂、底层整体倒塌等。,18,二、结构过渡层墙体和构造柱的破坏,薄弱部位出现在过渡层时主要出现两种情况： 1)过渡层的外纵墙出现水平裂缝。这种裂缝有的是横墙剪切裂缝的延伸，而多则是由于纵墙出现抗弯能力不足引起的，所以过渡层纵墙的抗弯能力应予以增强。 2)由于过渡层与底部框架抗震墙抗震能力不匹配，同时又因过渡层相应的加强措施不足，地震时将导致房屋在过渡层出现集中破坏，严重时会造成上部砌体结构整体坍塌。,19,二、结构过渡层墙体和构造柱的破坏,图2(a)所示六层建筑物位于绵竹市汉旺镇，调查发现，该建筑底层框架基本完好，过渡层严重破坏。,20
9、,二、结构过渡层墙体和构造柱的破坏,图2(b)所示四层底框砖房位于汉旺镇，第二层完全垮塌。 图2(C)所示建筑位于此次地震震中附近映秀镇，断裂带从该建筑旁边通过，过渡层完全坍塌 。,21,一、底层框架抗震墙房屋概述,二、薄弱层问题阐述,三、震害调查分析,四、相关文献综述,五、总结与思考,文献汇报主要内容,22,相关文献综述,文献特点：摘录于北京工业大学王世敏硕士学位论文底部框架抗震墙砖房抗震性能研究 中国建筑科学研究院抗震所高小旺等，系统地进行了带边框开竖缝钢筋混凝土低矮墙和总层数为七层的底层框架抗震墙砖房12比例模型的试验研究 212。（19941999）共11篇 西安建筑科技大学的郑山锁等
10、先后进行了七榀框支连续墙梁l2比例模型的拟静力试验和一榀底部两层框架混凝土抗震墙、上部四层砖砌体房屋12比例模型的拟动力试验l319，（19972004）共7篇其中01年和04年各一篇。 19951996大连理工大学、辽宁省建筑设计研究院等单位分别进行了底层框剪砖砌体房屋、底层和底部两层框剪组合墙房屋的抗震性能和设计方法的研究，也取得了丰富的研究成果。2021 1996文献22针对底层框剪砖砌体房屋底层抗震性能较差的问题，提出了在底层设置劲性钢筋混凝土抗震墙的改革方案，并通过了劲性钢筋混凝土抗震墙在低周反复荷载下的实验研究，得到了其恢复力特性计算模型。,23,相关文献综述,1993文献【23】
11、分别通过底层弹塑性层间位移的简化计算和分析，指出第二层与底层的侧向刚度比时，底层的弹性和弹塑性位移将能满足规范要求。 1993文献24通过实例，对地震区底层框剪砖砌体房屋进行了探讨，指出底层框架横梁不应按墙梁计算。 1995文献25】结合工程实例，分别对底层框剪砌体房屋的自震周期计算、扭转效应影响、转换层楼板设计以及第二层与底层的侧向刚度比取值进行了探讨。 2001文献26】通过对底部两层框架、上部四层砖房15模型的模拟地震振动台通过对底部两层框架、上部四层砖房15模型的模拟地震振动台试验。 2000文献27通过一底部框剪、上部五层砖房l6模型的振动台试验。,24,相关文献综述,文献特点：1）
12、关于底部框架抗震墙房屋的文献研究，其中相当大一部分是在GB50011-2001抗震规范出台以前进行的。2）研究手段：大比例模型的伪静力模型试验和伺幅加载装置的伪静力模型试验，模型比例一般为l2或13 ；小比例模型的震动台试验 ，模型比例一般为15以下。特点：加载方式与地震的地面运动有一定的差异；小比例的震动台试验从定性上判断结构的抗震性能是可行的，在定量是做不到的等。,25,相关文献综述,在汶川大地震发生以后，底部框架抗震墙房屋的抗震性能再次成为人们的关注焦点。李碧雄，王哲 汶川地震中底层框架砖房震害特点及分析提出地震时过渡层的地震反应与按现行规范的计算结果可能存在较大差异；并考虑砖砌体和钢筋
13、混凝土两种材料的力学性质的差异，深入研究不同刚度比下底框砖房的抗震性能，提出更合适的刚度比范围。,26,相关文献综述,李清洋，刘 昱，王世敏，高小旺底部框架一抗震墙砌体房屋震害调查分析在分析四川汶川大地震当中，上部砌体房屋破坏比较严重的底部框架-抗震墙砌体房屋时。部分底部框架一抗震墙砌体房屋的第2层与底层的侧移刚度比在不考虑底层砖填充墙作用时为2.0 左右，而实际上底层砖填允墙其有较大的刚度和一定的承载能力。其底层的抗震能力相对比较强，由于没有对上部砌体房尾给予适当的增强，所以存地震作用下上部砌体房屋为薄弱楼层，造成破坏集中甚至垮塌 。,27,相关文献综述,张宜磊， 李清洋， 高小旺.典型底部
14、框架一抗震墙砌体房屋震害机理分析总结了底部框架抗震墙砌体房屋抗震能力的分析方法。对四川汶川大地震中遭受破坏的底层框架抗震墙砌体房屋进行了第2层与底层侧向刚度及楼层极限承载力的计算，并将计算结果与实际震害情况进行了比较分析。分析结果表明：对于底层设置了一定数量砖填充墙的这类结构房屋，在抗震能力的分析中应计入砖填充墙的侧向刚度和承载能力。否则无法正确反映这类结构房屋的实际受力特性，无法正确判断这类结构房屋的薄弱楼层。,28,相关文献综述,合肥工业大学沈靓硕士学位论文汶川地震中建筑物典型震害分析与数值计算中针对底部框架抗震墙房屋，进行了底层与二层侧移刚度比的简化计算，在计算结构的侧移刚度时应计算构造
15、柱的侧移刚度，将构造柱、圈梁构成的杆系视为弱框架，直接应用D值法计算得上部构造柱的侧移刚度。此种方法与采用力法原理考虑底部框架与抗震墙协同工作的精确解法 相比，计算结果比较接近。,29,相关文献综述,北京工业大学王世敏硕士学位论文底部框架抗震墙砖房抗震性能研究基于通用有限元分析软件ANSYS建立底部一层和底部两层框架一抗震墙砖房实体模型并采用静力弹塑性分析方法一Pushover方法进行分析，并对比分析了底部一层框架抗震墙砖房底层不同数量剪力墙对结构抗剪能力和变形能力的影响。通过模型的裂缝发展情况探讨了底框砖混结构的破坏机理和破坏方式，分析了这类房屋的抗震能力和薄弱楼层的部位。,30,相关文献综
16、述,当原设计仅计算底部框架和钢筋混凝土墙的刚度，使得侧移刚度比在1.3及其以下时，如考虑底部砌体维护墙实际上的侧移刚度比已经小于1.0。对于底部设置一定数量的钢筋混凝土抗震墙的房屋，当底部的砌体墙不能作为抗震墙时，在底部应尽量少设置填充墙：当不可免要在山墙和楼梯间墙及不沿街的外纵墙设置砌体墙时，应考虑这些砌体对底部楼层抗侧移刚度和承载能力的增大。,31,相关文献综述,贾志涛填充墙在地震中的破坏和解决方法探讨针对汶川地震中填充墙破坏严重的现象，提出填充墙柔性连接方式，柔性连接的方式主要是将墙体的两端与框架柱脱开。上面与框架梁或楼板脱开，这样的墙体在地震时，有变形空间，而不受约束，可耗散地震的能量
17、。这里的要点是墙体成为了一个独立的构件，通过钢板与框架结构柔性连接。,32,一、底层框架抗震墙房屋概述,二、薄弱层问题阐述,三、震害调查分析,四、相关文献综述,五、总结与思考,文献汇报主要内容,33,思考与总结,经正规设计的底框房屋其抗震性能要优于砌体房屋，或与之相当。 震害分析：针对底框结构薄弱层的震害分析分类不清楚（不系统、不全面），说服力不强。 刚度比计算：填充墙及构造柱的影响。地震时过渡层的地震反应与按现行规范的计算结果可能存在较大差异；,34,参考文献,1 张雅君.填充墙对钢筋混凝土框架结构受力及变形性能的改善J.工程建设与设计,2001,(6):37-39. 2 应义淼，章雪峰等.
18、汶川地震中青川县城底框-抗震墙结构房屋震害调查和分析J浙江建筑，2009，26(5)，58-60. 3 蒋航军,郁银泉.北川地区底部框架砖房震害分析J万方数据库 4 李碧雄，王哲.汶川地震中底层框架砖房震害特点及分析，中山大学学报(自然科学版) J2010.49(2),22-27. 5 谭 皓等，玉树地震灾区底框砖混结构建筑的震害调查J浙江建筑2011，28(2),21-23. 6王世敏，底部框架抗震墙砖房抗震性能研究D，北京工业大学，2010. 7 王险峰，李沛远.底框结构剪力墙设计中的若干问题J建筑技术，2005，36(32)，139-140. 8 张晓霞. 底部框架砌体房屋设计方法新要点J. 山西建筑,2011，37(7)，25-26. 9夏敬谦底部框剪砌体房屋抗震性能研究J建筑科学，1995(3)：1926 10熊立红，高连军，熊朝晖，等底框剪砌体房屋抗震性能研究J沈阳建筑大学学报：自然科学版，2008，24(4)：586-591 11 刘立平等.底部框架一抗震墙房屋与多层砌体房屋抗震性能的对比分析J. 土木工程学报,2010,43: 4247 12 张宜磊， 李清洋， 高小旺.典型底部框架一抗震墙砌体房屋震害机理分析J. 建筑结构,2011,35,敬请批评指正！,谢谢！,
