砌体结构中墙体侧移刚度的计算及规范应用

摘要：砌体结构中墙体的等效侧向刚度的正确计算，不仅能使水平地震剪力在楼层的各道墙及同一道墙中的各墙段之间正确分配，还能解决底部框架一抗震墙结构中上、下层侧向刚度比的计算问题及底层地震效应的调整问题，这对保证结构的抗震安全性是尤为重要的。文中首先归纳了现有各种墙体侧向刚度计算方法，然后介绍了墙体侧向刚度在相关设计规范中的具体体现和应用，为设计人员对墙体侧向刚度的准确计算和合理利用提供一定的参考。

 

关键词：侧移刚度；结构设计；应用

 

砌体结构由于取材方便、耐久性强、保温隔热性能好，经济实用等特点，已广泛应用于多层住宅、办公楼等民用建筑中。在结构设计中，一般对多层砌体房屋、底部框架一抗震墙砌体房屋需进行抗震计算，并对从属面积大或竖向应力较小的墙段要进行截面抗震承载力验算。砌体房屋中的现浇和装配式混凝土楼、屋盖一般被视为刚性楼盖，在抗震设计中，这种楼、屋盖结构的水平地震剪力宜按各墙体的等效侧移刚度比例来分配。底部框架一抗震墙砌体房屋由于底部空间大、造价较低等常被用于临街建筑，它是砌体房屋中一种特殊结构形式，但这类结构具有上刚下柔、竖向不规则的特点，如果抗震设计不合理，会因底部出现较大侧移而导致破坏或坍塌，对这类结构的分析计算设计界仍持谨慎态度。为保证底部框架一抗震墙结构的抗震性能，结构设计相关规范提出了底框一抗震墙结构的上层砌体与底层侧向刚度比的控制要求，对底层地震效应的一系列调整也与层间侧向刚度比相关。因此，必须准确计算砌结构中墙体的等效侧向刚度，才能使地震剪力在楼层的各墙中正确分配，才能解决底部框架一抗震墙结构中上、下层侧向刚度比的计算问题，从而正确判断薄弱层的出现情况并采取必要的加强措施，这对保证结构的抗震安全性是十分重要的。本文总结了现有各种墙体侧向刚度计算方法，并介绍了墙体侧向刚度在结构设计规范中的具体体现和应用，为设计中墙体侧向刚度的准确计算和利用提供了参考。

 

1墙体的侧向刚度Kbs计算方法墙体是高度h和宽度b比其截面厚度t要大得多的构件，与杆件相比，最大的不同是墙体的剪切变形不可忽略。墙体的侧移刚度是指使墙体顶端产生单位侧移而需在顶端施加的水平力。

 

2与墙体的侧向刚度Kb有关的具体规范要求

 

《建筑抗震设计规范》(以下简称《抗规》)第7．2．3—1条规定：进行地震剪力分配和截面验算时，砌体墙段的层间等效侧向刚度应按下列原则确定：刚度的计算应计及高宽比P的影响。高宽比小于1时，可只计算剪切变形；高宽比不大于4且不小于1时，应同时计算弯曲变形和剪切变形；高宽比大于4时，等效侧向刚度可取。可见，针对不同高宽比的无洞口墙体等效侧向刚度的计算公式不同。具体总结如下：当无洞口墙体的高宽比P<1时，上下端有侧移而无转动时的墙体侧移刚度Kbs=E∥3p，下端固定，上端有侧移和转动的墙体侧移刚度Kb=EW3P；当无洞口墙体的高宽比1≤P≤4时，上下端有侧移而无转动的墙体侧移刚度Kb=EW(P+3p)，下端固定，上端有侧移和转动的墙体侧移刚度Kb=EW(4p3+3P)；当无洞口墙体的高宽比P>4时，对于上下端有侧移而无转动的墙体和下端固定，上端有侧移和转动墙体的Kb均为。

 

《抗规》)第7．2．3—2条规定：墙段宜按门窗洞口划分，对设置构造柱的小开口墙按毛墙面计算的刚度，乘以根据开洞率大小对应的墙段洞口影响系数来确定墙体的等效侧向刚度。开洞率不大于0．3时，为小开口墙；开洞率大于0．3时，为大开口墙，这种墙体的等效侧向刚度应按下列原则来计算：水平向的墙段采用刚度叠加(并联体)，即墙体的总刚度等于该墙体内各墙段等效侧向刚度之和。竖直向的墙段可采用柔度叠加(串联体)，即墙体的柔度等于各墙段柔度之和。在砌体结构中，对底部框架房屋，为保证结构刚度不致剧烈变化，形成薄弱部位，《抗震规》7．1．8—3条对底层框架一抗震墙砌体房屋的纵横两个方向，在不同抗震等级情况下第二层侧向刚度与底层侧向刚度的比值做出相应的控制要求。在7．1．8—4条对底部两层框架一抗震墙砌体房屋纵横两个方向，在不同抗震等级情况下底层侧向刚度与第二层侧向刚度的比值和第三层侧向刚度与第二层侧向刚度的比值做了相应的控制规定。

 

对底部框架一抗震墙砌体房屋，底部可能发生变形集中，出现较大的侧移而破坏，甚至倒塌，所以在抗震计算中要对底层的地震作用效应进行调整。一般按第二层与底层侧移刚度的比例相应增大底层的地震剪力，比例越大，增加越多，通常增大系数可依刚度比用线性插值法近似确定，以减少底层的薄弱层程度。水平地震剪力全部由所在方向的抗震墙承担，并按各墙体的侧向刚度比例来分配，具体规定见《抗规》7．2．4条。

 

3结语

 

只有掌握了各种墙体侧向刚度计算方法，才能在砌体房屋设计中将楼层地震剪力按照墙体等效侧向刚度正确分配到同一楼层中的各道墙体中。对于开设门窗洞口的墙段，也可根据同一道墙中各墙段的侧移刚度比例来分配这道墙的地震剪力，以完成地震剪力的二次分配。同时也能达到满足底框一抗震墙结构中上层砌体与底层侧向刚度比的控制要求和底层地震效应的调整要求，这对保证砌体房屋抗震要求尤为关键

 

参考文献

[1]建筑抗震设计规范GB50011—2010．北京：中国建筑工业出版社2010．

[2]砌体结构设计规范GB50003—2011．北京：中国建筑工业出版社2011．