底框砌体房屋抗震性能分析与抗侧刚度比研究.pdfVIP

摘要 摘要 底框砌体房屋是指底部为框架或者框架一剪力墙结构形式，上部各层为砌 体结构形式的混合结构体系房屋。该类房屋底部房间布置灵活多变，可以营造 大空间，主要用于商店、营业厅、餐馆、汽车库等；上部砌体结构由于横墙较 多，房屋空间较小，一般用于办公室、住宅、小型旅馆等。 由于具有良好的使用功能、造价低、施工方便等优点，其在我国大城市都 市村庄、中小城镇临街建筑中得到广泛应用。作为适应我国经济发展水平的一 种结构形式，该类建筑在今后相当长一段时期内，还将作为主要的结构形式被 使用。然而，底框砌体房屋属于不同结构形式的竖向组合，上部砌体部分纵横 墙较多，抗侧刚度大，下部比较空旷，最终形成了典型的“鸡腿”建筑。 这种软首层结构在多次地震中表现不佳，底层和过渡层出现了较大的地震 损坏或者倒塌，造成了严重的人员伤亡和财产损失。因此，进一步研究底框砌 体房屋在大震中的地震反应规律，分析其抗震性能，并在此基础上揭示薄弱层 转移机理，提出合适的抗侧刚度比值限值是十分必要和迫切的，同时相应研究 也可为同类房屋的建造、加固及抗震性能评价提供技术参考。 本文在郑州市“科技领军人才项目(课题编号：10I，爪C186)的支持下， 主要进行了如下研究工作： (1)通过梳理底框砌体房屋在汶川、玉树地震中的震害特点，得到了房屋 抗震薄弱环节和震害规律。基于震害规律分析，总结出过渡层与底层抗侧刚度 比值不合理是震害发生的主要原因，并针对相应震害提出了抗震对策。 (2)依据实例房屋基本尺寸，建立三维整体有限元模型，并采用Block Lanczos法进行模态分析，得到了结构动力参数和振型特征。分析结果表明，沿 主轴方向结构纵向刚度弱于横向；沿楼层方向底层振动强烈，表现出“上刚下 柔”的不利特性。 (3)为评价该类房屋的抗震性能，本文沿结构纵横两向分别进行了大震作 用下的动力弹塑性分析。提取结构的位移反应和裂缝开裂趋势，得出结构底层 出现了严重弹塑性变形集中，是结构的薄弱层；上部过渡层砌体窗间墙、窗下 墙和横墙下部出现较多开裂，是上部砌体的薄弱环节。 摘要 (4)为探究过渡层破坏原因，寻求薄弱层转移机理，本文在房屋底层添加 抗震墙，建立具有4种不同抗侧刚度比值的底框砌体房屋。通过各模型的模态 分析和动力弹塑性分析，得到了添加抗震墙对结构动力参数及地震反应的影响。 分析结果表明，添加抗震墙后过渡层破坏加重，因此需要对抗侧刚度比值进行 相应的限制，防止薄弱层转移至材料强度低、变形能力弱的过渡层。 (5)通过不同抗侧刚度比值房屋在大震作用下的弹塑性时程分析，依据过 渡层与底层层间位移角相对比值等因素，本文对过渡层与底层抗侧刚度下限值 做出了建议，该下限值处于我国抗震规范限值之内，具有比较理想的抗震安全 性能和实际应用性能。 (6)基于各模型的地震反应规律，本文总结了混凝土抗震墙和砖砌体进入 非线性阶段时抗侧刚度退化不同步是薄弱层转移的主要原因。同时依据该主要 因素和底层实际存在的填充墙，本文提出了弹塑性阶段有效抗侧刚度计算公式， 该公式可为进一步深入研究抗侧刚度比限值等问题提供参考。 关键词：底框砌体房屋弹塑性时程分析薄弱层转移抗侧刚度比 II Abstract Abstract to structure whose frame structurerefers Bottommasonry hybrid systemhousing the framestructureorfra／ne-shearwalls仃uctureand atbottomarethe upper layers