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1、鱼 嘎 人 开 问 框 剪 ft -合 墙 房 屋 为热 霆 件 丝 研 9 邹瑞锋张志明奚肖 凤解明 雨 ( 大连理工大学) 张 前国李庆刚薛宏伟 ( 辽宁省建筑设计研究院) 摘要 太文分析了 底层大开间框剪、 上部小开间组合墙房屋的受力特点， 采用串并 联多质点弹塑性动力计算程 序， 分祈了房屋的杭震性能及座落在纵向托梁上的横墙的动力响应 得出的结论是这类房屋的抗震性能与底 层 框 剪 组 各 培 房 屋 相 似 ， 可 作 为 底 层 框 剪 组 合 培 房 屋 来 处 理 . 一引 言 为了 适应底层开设商场等需要， 要求底层框剪层开间较上部砌体层的开间放大， 一 般底层 开间 为上部
2、开间的二倍或更大.由 于开间变 大， 少了几排框架柱， 这就造成上部结构的部分横 墙不 是座落在底层框架上 ， 而是落 在纵向托梁上， 这些墙体的横 托梁类似于支承在纵托梁上的 次梁。 本文以 底层开间大 小为上部小开问的两 倍为例来分析这类房屋的受力特点 和其抗震性 能.计算简图示于图1 二.受力特点 对底 部 框 剪 组 合 墙 这类 房 屋的 抗震 性 能已 有 较 好的 研 究1 一 ，l底 层大 开 间 框 剪 组 合 墙 房 屋 与它的差别在于: ( 1 ) 纵向 托梁的跨度变大， 并承受直接支承在它上面的横 墙集中 载荷; ( 2 ) 在 横向 水平地震作 用下 ， 纵托梁除平面
3、内 载荷外将同时受到平面外的弯矩和扭矩; ( 3 ) 由于各道 横墙的支承条件不同， 其受力状态 将有较大差异; ( 引由于少了几 排柱子， 对房屋的动 力特性和 抗震 性能有什么变 化; ( 5 ) 支承 在纵托梁上的 横墙的地震响应。本文 将对最后二 个问题进行研 究 ， 对于纵托梁的受力状态问 题将另文讨论， 1 / 3模型房屋试验与有限元计算的 位移与应力对 比符合较好， 详见 6 1 . 三.横堵的竖向位移和竖向荷载 用S A P - 9 1 对 房 屋作 空 间 结 构 分 析 ， 利 用对 称性 只 计 算 房 屋的 一 半。 对 各 层的 梁 、 柱 、 约 束梁和约束柱简化成
4、梁单元， 8 层共1 0 “个单元， 剪力墙和砌体简化成板壳单元 ， 共1 4 2 4 个单 元， 部分计算结果列于表1 ( 因 篇幅关系略去小开间结果) 、表2 . 表1 . 2 中的 工况1 指仅有竖向 荷载作用 ， 工况2 为同 时作用有竖向和 相应7 度的 水平 地 震作 用， 从表飞 可 看到 在各轴 横托梁均 相同的条件下有: 1 .在工况1 和2 ， 底层大 开间时 各轴横托梁的竖向 位移 均较底层为 小开间时大; 2 .第3 . 4 轴横托梁的竖向 位移最小， 即 有剪力墙处 为最小; 3 .第2 . 5 轴为无 柱轴 ， 它们的 横托梁支 承在纵托梁上， 因此它们的竖向 位移
5、为最大. 这 些竖向位移的差对反映了各轴墙体竖向支承刚度的不同， 而这种差异必将反映到它们承受竖 向荷 载的不同. 从表2 可见， 各轴横 托梁所承担的竖向 荷载因 其支 承条件的不同而有很大差异. 轴 3 和轴 .国家自然科学基金资助项目5 9 6 7 8 0 3 3 飞 4 2 4一 蛤心 诌 4 的支 承条 件相同， 底层均有半道剪力墙， 但二层 墙体上的开洞 情况有 不同 ， 轴3 在墙体上开一 中门 ， 而 轴4 则开二 道门， 因 此墙体所受总竖向力略有差异; 轴 1 和轴6 的 支承条件相同 ， 底层 为 全框架， 但墙体厚度不同， 承载面积也不同 ， 轴1 承载面积少， 但为3
6、 7 墙， 轴6 承载面积大， 为 2 4 培， 轴1 所分担的 竖向 力略大于轴6 ; 轴2 和轴5 墙体的支 承条件和承载面积均相同， 但由干 与 之 相 邻 墙 体 的 刚 度 不 同 ， 使 轴5 所 受 的 竖 向 力 略 大 于 轴2 ， 但 受 力 变 化 的 m 律 相 同 . 由 于 轴2 和轴5 的横 托梁不 是支承于 柱上， 而是支承在纵向 托梁上 ， 使其支承刚度大为减少， 横梁的 竖向 位移较其它轴大很多( 参阅 表1 ) ， 平均增大一 倍以上， 这就使它们分担的竖向力大为 减少; 表 2 列出了 各轴培体所分担竖向荷载的百分比 ( 由 于计算时 把对称轴第6 轴的
7、墙厚取为全部培厚， 因此各轴所分担竖向 力百 分比的 总和 超过了5 0 % ， 超过数为6 轴所分担的百分比 的一半) . 从表2 上也可 看到， 底 层为大开间时 ， 除第2 , 5 轴外， 其它各轴所分担的竖向 力总值均较 底层 为小开间时的大 ， 这就是由 于分摊第2 .5 轴 所减少的 分担 数 这个结 果， 提醒我 们在作 培体 和框架设计时 ， 应考虑这个不利因 素. 由于 第 2 , 5 轴上所分担的竖向 力的 减少， 使传到相应纵向 梁上的 竖向 力也减小， 这对纵 向 托梁的 设计 是十 分有利的.经比较， 按这由空间结 构计算所得的 纵向 托梁的弯 距值 ， 可 较按 承
8、载面积和堵体刚度所得的第2 、5 轴培体所受的 竖向力来计算时减小约一半， 这就可 减小纵 托梁的断面尺寸和配筋t. 。 一 不 一 : 叶到可.!。引一 76 0 目己丝邸2理以 一 7 0丝J 0由伪由 t + ) 一 二平 口 口 目 自 目 刁 曰曰 日门用口 .。tJ华口 井 ; qp - 未一 l I i 一 今 一 _ 上 _、 _ 上 _ *土 ( b ) 二 层 平 面 L? ?( c ) 、抽国 图 7 ,房屋计算简图 4 2 5 口JFeees|llesesesee|一 表 3大开间房屋各轴横梁竖向位移 (m m 决S(ml 轴 况份 一 5 _ 4- 4 . 0 5一
9、2 . 7- 1 . 3 5Dl . 3 52 74 . 0 55 . 4 I0 . 7 公 41 . 3 3 11 . 6 0 71 . 3 3 70 . 8 5 Rl . 3 0 0 1 . 5 4 0 1 . 2 5 7一 0 . 6 4 4 2。8 7 1 1 . 4 8 8 1 3 2 1 . 3 ， 。0 . 8 0 91 七 9 7 1 1 . 2 3 7 1 0 . 9 5 6 0 . 4 0 5 QI2 . 2 6 72 5 3 5 2 . 6 ; 礴一 2 . 4 7 1 l . 3 4 82 . 4 5 22 5 6 5 1 2 . 3 4 8 2 . 0 6 0 2 2
10、 . 6 吕 皿 2 . 8 0 62 . 7 6 72 . 4 1 92 ， 2 0 朴2 。 2 1 02 . 1 4 41 . 9 3 41 . 3 9 5 必 I 众 5 2 02 1 3 夕1 . 4 1 4 0 9 夕 2 公4 3 9! 0 . 2 5 9 口 3 4 40 .29 2仔 J J 5 20 . 6 2 11 . 1 3 41 . 5 飞 乃 。 . ; 。 ， J 0 . 3 0 9 0 . 2 9 80 . 2 0 2介 . 1 5 8 !;，1 0 . 5 3 2 1 . 2 1 7l . 5 4 ，一 0 . 9 8 0 D . 4 5 20 . 2 9 5
11、0 . 3 4 70 . 2 9 50 . 3 4 0 2 0 . 6 3 2 1 . 2 5 81 . 5 4 1 0 . 9 7 1 认4 7 B 0 . 3 1 20 . 3 0 50 . 2 0 60 . 1 6 3 0 11 2 . 3 0 7 2 . 5 7 92 . 6 7 6 2 . 4 7 1 I 2 . 3 3 9 2 . 弓 石 2 1 2 . 6 1 0 2 . 4 3 52 . 1 0 5 22 . 7 0 5Z _ 8 3 1Z . 7 9 7 2 . ; : : I 2 . 1 9 2 J 2 . Z 3 0 2 . 2 0 2万 . 8 9 召1 . 4 5 3
12、 匀10 . 9 8 4I . 6 2 7 1 1 . 9 3 2， 6 2 0 I1 . 1 4 7 1 . 5 8 4 1 1 . 8 6 5 1. 55 0 0 . 9 1 2 2 1 . 1 5 : 一! 1 . 7 5 0 2 . 0 0 7L 6 3 D 1 . 0 7 0 1 . 3 5 71 . 5 3 41 . 5 3 1 . 2 2 00 . 6 2 5 表 2各道横托梁承担竖向荷载比例表 矛 清 芝 界， I 月况、 、 、 。 抽轴口抽 轴 。轴抽 小开 问 I 9 . 生 3 % 7 . 7 6 % I 幻 3 5 %1 0 . 4 0 % 8 . 0 3 %8 .
13、6 4 % 2 I 9 . 2 1 % 7 , 7 9 % 1 0 . 3 2 %1 0 . 2 9 %8 . 0 8 %9 . 6 2 % 大开 问 1 2 . 7 4 %1 . 1 3 %1 4 . 2 % 1 4 . 4 3 % I . 3 5 %1 2 . 3 0 % 2I1 2 . 8 5 ，一1 1 . 1 5 % 1 4 . 1 3 %1 4 . 3 2 %1 . 3 9 %1 1 . 3 2 % 四 .空问结构弹性状态时 程分析 频率是整个结构动力特性的表现， 因 此可以 预期只有底层大开间和底层小开间差别的结 构自 振频率不会有很大的差别， 振型也不会有大的差别. 但由于 喋
14、些轴线的底层抽去了 框架柱， 各轴的受力状态发生了 变化， 这必定会影响到它 们的动力反应， 如加速度、 位移和地震剪力 等. 为了 较 精确地计算它的动力特性和响应 ， 在弹性状态用 S A P - 9 1 作空问结构弹性状态的时 程分析。 图1 所示 房屋的轴是对称轴， 对其支 承条件按对称性要求进行处理后， 在横向 水平地 震作用下可只 取结 构的一半进行计算. 采用E 1 - C e n t r o 波作为输入波二 经试算， 当 不考虑各构 表 3 . 结构第 1、 2阶自振须率 (H a) 和周期 ( 秒 ) 板向纵向扭转 组卑一周期 报 串 周期狡率1A期 一阶1二阶 一阶二阶一阶
15、 1 阶一 一阶 1 二 阶 一阶 二阶一 一 阶一! 二阶 3 . 1 2 39 . 6 石 ，0 . 3 2 0 2 0 . 1 0 3 4 2 . 9 1 4 8 吕3 兮 6 6 11 0 . 3 4 3! u : l 1 9 2 3 . 5 6 8 7 1 0 . 6 1 4 一1 0 . 2 8 0 2 一1 0 . 0 9 4 表 月 . 空间结构在蜂值加速度。 . I g 作用下 棋里 I 各轴最大位移反应 ( 二 模型皿 y l 3 i k 4 Y 层欲、 、 。 轴 中 轴 勿 轴 轴份轴 轴 一10 . 7 3 6 70 . 6 0 4 7 0 . 4 2 90 . 3
16、9 2 50 . 4 7 6 5 10 . 5 0 7 6 1 . 1 8 1 . 1 1 51 . 0 4 21 . 0 1 3I - 公 2 伙1 . 0 3 4 1 . 7 4 3一 1 . 7 2 6 1 . 6 9 91 . 6 公 71 . 6 91 . 6 8 . 8 四2 . 3 6 5 2 . 3 7 32 . 3 692 . 3 6 82 . 3 7 6一 1 . 3 7 6 五3 . 0 4 3 3 . 0 6 6 3 . 0 83 . 0 9 3 . 1 0 1 入 1 0 4 六3 . 7 4 4 3 . 7 8 8 3 . 8 0 43 . 8 2 1 3 . 8 3 52 9 4 七1; - 4 0 64 . 呜 4 6 今 . 4 吕 今 _54 . 5 1 e1 4 . ) 2 1 J 八1i5 . 0 5 95 . 0 9 8 5 . 1 285 . 1 4 9
