底層框架抗震墻房屋薄弱層的抗震性能文獻匯報.ppt

1 底層框架 抗震墻房屋薄弱層的抗震性能文獻匯報 鄭州大學土木工程學院 2 一 底層框架 抗震墻房屋概述 二 薄弱層問題闡述 三 震害調查分析 四 相關文獻綜述 五 總結與思考 文獻匯報主要內容 3 底層框架 抗震墻房屋概述 底層框架 抗震墻房屋概述底層框架 抗震墻房屋是一種混合結構房屋鋼筋混凝土框架及抗震墻承重 磚墻承重底部空間可以靈活布置 較框架結構造價低廉 如臨街建筑 底層設置商店 餐廳的多層住宅 該類建筑豎向剛度急劇變化 變形能力不一致 地震時容易出現變形集中 產生過大側移而嚴重破壞 甚至倒塌 4 底層框架 抗震墻房屋概述 底層框架 抗震墻房屋對比多層砌體房屋震害表明 早期的底框房屋的震害重于相同條件下的多層砌體房屋 隨著 建筑抗震設計規(guī)范 的不斷修訂 其對底框房屋給出嚴于砌體房屋的抗震設計要求 汶川地震中 底框房屋雖然破壞嚴重 甚至發(fā)生倒塌 但按規(guī)范設計 施工的該類房屋表現的抗震性能并不比砌體房屋差 有的甚至好于同條件下的砌體房屋 5 底層框架 抗震墻房屋概述 熊立紅等文獻 10 通過三幢模型模擬地震振動臺試驗和非線性分析表明 合理設計的底框房屋其抗震能力優(yōu)于全砌體房屋 劉立平等在文獻 11 采用理論分析和算例分析相結合的方法 從樓層地震剪力 樓層側移 裂縫分布等角度 對比分析兩類結構的抗震性能 現行建筑抗震規(guī)范設計的底框房屋的抗震性能優(yōu)于砌體房屋的抗震性能 或與之相當 6 底層框架 抗震墻房屋概述 相關震害調查數據也可以證明 對綿陽地區(qū)181棟砌體結構 42棟底框結構 153棟框架結構進行了現場調查與初步統計 7 一 底層框架 抗震墻房屋概述 二 薄弱層問題闡述 三 震害調查分析 四 相關文獻綜述 五 總結與思考 文獻匯報主要內容 8 薄弱層問題闡述 薄弱層的相對性概念 底框房屋的底層和過渡層受力復雜 是該類結構的薄弱層 規(guī)范中針對底框結構 上剛下柔 的特點 必須在底部框架中設置一定數量的抗震墻 底層地震剪力設計值應根據第2層與第1層側移剛度比的大小乘以1 2 1 5的增大系數等設計要求 以便于增強底層的側向剛度和提高其極限承載力 不適當的加強某一層往往會使相鄰樓層變成新的薄弱樓層 9 薄弱層問題闡述 底層框架 抗震墻房屋的薄弱部分到底是過渡層還是底層框架 關鍵取決于二者的抗側移剛度比 建筑抗震設計規(guī)范 GB50011 2010 中規(guī)定 屋底層框架 抗震墻房的縱橫兩個方向 第二層與底層抗側剛度的比值 6 7度時不應大于2 5 8度時不應大于2 0 且均不應小于1 0 10 薄弱層問題闡述 底部兩層框架 抗震墻房屋的縱橫兩個方向 底層與第二層抗側移剛度應接近 第三層與底部第二層抗側剛度的比值 6 7度時不應大于2 0 8度時不應大于1 5 且均不應小于1 0 但設計中很難把握 比如抗震墻數量的確定與很多因素有關 如層剛度比 抗震墻設置的間距 框剪層與相鄰磚砌體層的彈塑性位移比值 抗震墻布置形式等 計算過程繁瑣 工程設計中較難做到 11 一 底層框架 抗震墻房屋概述 二 薄弱層問題闡述 三 震害調查分析 四 相關文獻綜述 五 總結與思考 文獻匯報主要內容 12 震害調查分析 2008年5月12日汶川地區(qū)發(fā)生的里氏8 0級大地震以及2010年4月14日青海玉樹發(fā)生的里氏7 1級大地震 給當地人民帶來嚴重的人員傷亡和財產損失 通過震害調查和震害分析及其相應的與震害對應比較的研究 對于深刻認識該類房屋的抗震性能 薄弱環(huán)節(jié)和抗震設計中存在的問題有著非常重要的意義 13 震害調查分析 震害調查分析表明引起大量建筑物倒塌或嚴重破壞的原因 1 地震烈度高2 結構設計不合理或施工質量缺陷等問題 再者由于建造年代差異以及設計施工質量問題 部分底框磚房表現出良好的抗震性能 在烈度達12度地區(qū)實現了 大震不倒 也有相當一部分在烈度為9 10度地區(qū)發(fā)生嚴重破壞甚至于完全倒塌 總之 不同地區(qū)不同類型的底框房屋表現出不同的震害特點 14 震害調查分析 通過對相關文獻的整理 關于底層框架房屋薄弱層問題較為突出的震害特點可以總結為以下兩點 1 薄弱層出現在底層 底層砌體抗震墻及框架柱的破壞 2 薄弱層出現在過渡層 結構過渡層墻體和構造柱的破壞 15 一 底層砌體抗震墻及框架柱的破壞 抗震墻是底層結構抗震的首道防線 由于其自身具有一定的的剛度和強度 在抗震墻為開裂前 其承擔絕大部分的底層地震剪力 地震時率先開裂 表現為端墻和內橫墻出現斜裂縫和交叉裂縫 在地震中與地震作用方向平行的墻體會因為主拉應力強度不足而發(fā)生剪切破壞 出現在水平地震作用的反復作用下 兩個方向的斜裂縫組成交叉裂縫 2 16 一 底層砌體抗震墻及框架柱的破壞 底部框架結構在地震作用下進入塑性變形階段 由于砌體抗震墻剛度退化帶來的地震剪力重分配 使框架承擔的地震剪力加大 當超過其承載力時 不可避免地產生不同程度的破壞 另外 由于框架梁承托上部墻體 多少具有一些墻梁組合作用 使框架梁的內力有所減小 同時組合構件的剛度很大 最終框架破壞都發(fā)生在框架柱或粱柱節(jié)點 17 一 底層砌體抗震墻及框架柱的破壞 震害較為嚴重的底框結構柱子直接發(fā)生傾斜 斷裂 底層整體倒塌等 18 二 結構過渡層墻體和構造柱的破壞 薄弱部位出現在過渡層時主要出現兩種情況 1 過渡層的外縱墻出現水平裂縫 這種裂縫有的是橫墻剪切裂縫的延伸 而多則是由于縱墻出現抗彎能力不足引起的 所以過渡層縱墻的抗彎能力應予以增強 2 由于過渡層與底部框架抗震墻抗震能力不匹配 同時又因過渡層相應的加強措施不足 地震時將導致房屋在過渡層出現集中破壞 嚴重時會造成上部砌體結構整體坍塌 19 二 結構過渡層墻體和構造柱的破壞 圖2 a 所示六層建筑物位于綿竹市漢旺鎮(zhèn) 調查發(fā)現 該建筑底層框架基本完好 過渡層嚴重破壞 20 二 結構過渡層墻體和構造柱的破壞 圖2 b 所示四層底框磚房位于漢旺鎮(zhèn) 第二層完全垮塌 圖2 C 所示建筑位于此次地震震中附近映秀鎮(zhèn) 斷裂帶從該建筑旁邊通過 過渡層完全坍塌 21 一 底層框架 抗震墻房屋概述 二 薄弱層問題闡述 三 震害調查分析 四 相關文獻綜述 五 總結與思考 文獻匯報主要內容 22 相關文獻綜述 文獻特點 摘錄于北京工業(yè)大學王世敏碩士學位論文 底部框架 抗震墻磚房抗震性能研究 中國建筑科學研究院抗震所高小旺等 系統地進行了帶邊框開豎縫鋼筋混凝土低矮墻和總層數為七層的底層框架 抗震墻磚房1 2比例模型的試驗研究 2 12 1994 1999 共11篇西安建筑科技大學的鄭山鎖等先后進行了七榀框支連續(xù)墻梁l 2比例模型的擬靜力試驗和一榀底部兩層框架 混凝土抗震墻 上部四層磚砌體房屋1 2比例模型的擬動力試驗 l3 19 1997 2004 共7篇其中01年和04年各一篇 1995 1996大連理工大學 遼寧省建筑設計研究院等單位分別進行了底層框剪磚砌體房屋 底層和底部兩層框剪組合墻房屋的抗震性能和設計方法的研究 也取得了豐富的研究成果 20 21 1996文獻 22 針對底層框剪磚砌體房屋底層抗震性能較差的問題 提出了在底層設置勁性鋼筋混凝土抗震墻的改革方案 并通過了勁性鋼筋混凝土抗震墻在低周反復荷載下的實驗研究 得到了其恢復力特性計算模型 23 相關文獻綜述 1993文獻 23 分別通過底層彈塑性層間位移的簡化計算和分析 指出第二層與底層的側向剛度比時 底層的彈性和彈塑性位移將能滿足規(guī)范要求 1993文獻 24 通過實例 對地震區(qū)底層框剪磚砌體房屋進行了探討 指出底層框架橫梁不應按墻梁計算 1995文獻 25 結合工程實例 分別對底層框剪砌體房屋的自震周期計算 扭轉效應影響 轉換層樓板設計以及第二層與底層的側向剛度比取值進行了探討 2001文獻 26 通過對底部兩層框架 上部四層磚房1 5模型的模擬地震振動臺通過對底部兩層框架 上部四層磚房1 5模型的模擬地震振動臺試驗 2000文獻 27 通過一底部框剪 上部五層磚房l 6模型的振動臺試驗 24 相關文獻綜述 文獻特點 1 關于底部框架抗震墻房屋的文獻研究 其中相當大一部分是在GB50011 2001抗震規(guī)范出臺以前進行的 2 研究手段 大比例模型的偽靜力模型試驗和伺幅加載裝置的偽靜力模型試驗 模型比例一般為l 2或1 3 小比例模型的震動臺試驗 模型比例一般為1 5以下 特點 加載方式與地震的地面運動有一定的差異 小比例的震動臺試驗從定性上判斷結構的抗震性能是可行的 在定量是做不到的等 25 相關文獻綜述 在汶川大地震發(fā)生以后 底部框架抗震墻房屋的抗震性能再次成為人們的關注焦點 李碧雄 王哲 汶川地震中底層框架磚房震害特點及分析 提出地震時過渡層的地震反應與按現行規(guī)范的計算結果可能存在較大差異 并考慮磚砌體和鋼筋混凝土兩種材料的力學性質的差異 深入研究不同剛度比下底框磚房的抗震性能 提出更合適的剛度比范圍 26 相關文獻綜述 李清洋 劉昱 王世敏 高小旺 底部框架一抗震墻砌體房屋震害調查分析 在分析四川汶川大地震當中 上部砌體房屋破壞比較嚴重的底部框架 抗震墻砌體房屋時 部分底部框架一抗震墻砌體房屋的第2層與底層的側移剛度比在不考慮底層磚填充墻作用時為2 0左右 而實際上底層磚填允墻其有較大的剛度和一定的承載能力 其底層的抗震能力相對比較強 由于沒有對上部砌體房尾給予適當的增強 所以存地震作用下上部砌體房屋為薄弱樓層 造成破壞集中甚至垮塌 27 相關文獻綜述 張宜磊 李清洋 高小旺 典型底部框架一抗震墻砌體房屋震害機理分析 總結了底部框架 抗震墻砌體房屋抗震能力的分析方法 對四川汶川大地震中遭受破壞的底層框架 抗震墻砌體房屋進行了第2層與底層側向剛度及樓層極限承載力的計算 并將計算結果與實際震害情況進行了比較分析 分析結果表明 對于底層設置了一定數量磚填充墻的這類結構房屋 在抗震能力的分析中應計入磚填充墻的側向剛度和承載能力 否則無法正確反映這類結構房屋的實際受力特性 無法正確判斷這類結構房屋的薄弱樓層 28 相關文獻綜述 合肥工業(yè)大學沈靚碩士學位論文 汶川地震中建筑物典型震害分析與數值計算 中針對底部框架抗震墻房屋 進行了底層與二層側移剛度比的簡化計算 在計算結構的側移剛度時應計算構造柱的側移剛度 將構造柱 圈梁構成的桿系視為弱框架 直接應用D值法計算得上部構造柱的側移剛度 此種方法與采用力法原理考慮底部框架與抗震墻協同工作的精確解法相比 計算結果比較接近 29 相關文獻綜述 北京工業(yè)大學王世敏碩士學位論文 底部框架 抗震墻磚房抗震性能研究 基于通用有限元分析軟件ANSYS建立底部一層和底部兩層框架一抗震墻磚房實體模型并采用靜力彈塑性分析方法一Pushover方法進行分析 并對比分析了底部一層框架 抗震墻磚房底層不同數量剪力墻對結構抗剪能力和變形能力的影響 通過模型的裂縫發(fā)展情況探討了底框磚混結構的破壞機理和破壞方式 分析了這類房屋的抗震能力和薄弱樓層的部位 30 相關文獻綜述 當原設計僅計算底部框架和鋼筋混凝土墻的剛度 使得側移剛度比在1 3及其以下時 如考慮底部砌體維護墻實際上的側移剛度比已經小于1 0 對于底部設置一定數量的鋼筋混凝土抗震墻的房屋 當底部的砌體墻不能作為抗震墻時 在底部應盡量少設置填充墻 當不可免要在山墻和樓梯間墻及不沿街的外縱墻設置砌體墻時 應考慮這些砌體對底部樓層抗側移剛度和承載能力的增大 31 相關文獻綜述 賈志濤 填充墻在地震中的破壞和解決方法探討 針對汶川地震中填充墻破壞嚴重的現象 提出填充墻柔性連接方式 柔性連接的方式主要是將墻體的兩端與框架柱脫開 上面與框架梁或樓板脫開 這樣的墻體在地震時 有變形空間 而不受約束 可耗散地震的能量 這里的要點是墻體成為了一個獨立的構件 通過鋼板與框架結構柔性連接 32 一 底層框架 抗震墻房屋概述 二 薄弱層問題闡述 三 震害調查分析 四 相關文獻綜述 五 總結與思考 文獻匯報主要內容 33 思考與總結 經正規(guī)設計的底框房屋其抗震性能要優(yōu)于砌體房屋 或與之相當 震害分析 針對底框結構薄弱層的震害分析分類不清楚 不系統 不全面 說服力不強 剛度比計算 填充墻及構造柱的影響 地震時過渡層的地震反應與按現行規(guī)范的計算結果可能存在較大差異 34 參考文獻 1 張雅君 填充墻對鋼筋混凝土框架結構受力及變形性能的改善 J 工程建設與設計 2001 6 37 39 2 應義淼 章雪峰等 汶川地震中青川縣城底框 抗震墻結構房屋震害調查和分析 J 浙江建筑 2009 26 5 58 60 3 蔣航軍 郁銀泉 北川地區(qū)底部框架磚房震害分析 J 萬方數據庫 4 李碧雄 王哲 汶川地震中底層框架磚房震害特點及分析 中山大學學報 自然科學版 J 2010 49 2 22 27 5 譚皓等 玉樹地震災區(qū)底框磚混結構建筑的震害調查 J 浙江建筑2011 28 2 21 23 6 王世敏 底部框架 抗震墻磚房抗震性能研究 D 北京工業(yè)大學 2010 7 王險峰 李沛遠 底框結構剪力墻設計中的若干問題 J 建筑技術 2005 36