薄弱層

薄弱層是指多、高層房屋中相對強度較低的樓層。其存在是由於結構布置不均勻引起的。均勻結構也會因抗力的變異性而出現薄弱層。對於存在明顯薄弱層的不均勻結構，在地震作用下非線性層間變形將會集中在該樓層。應對其採用一些特殊的構造和加強措施，以提高其變形能力和結構整體抗震能力。

基本介紹

• 中文名：薄弱層
• 外文名：Weak story
• 計算方法：按層高度比、樓層承載力等判斷
• 解釋：上下層間剛度相差較大的樓層
• 解決措施：加大柱子截面、提高梁截面等
• 相關術語：軟弱層、轉換層、框支層等

簡介

平面規則而豎向不規則的建築，應採用空間結構計算模型，剛度小的樓層的地震剪力應乘以不小於1.15的增大係數；如果剛度小的樓層在乘以地震力放大係數後樓層受剪承載力仍小於相鄰上一樓層的80%時，該樓層( 薄弱層) 應進行彈塑性變形分析並滿足規範的相關要求。結構設計中應採取措施，減少結構的不規則情況，尤其是豎向不規則，避免軟弱層及薄弱層的出現，當結構設計中無法避免側向剛度突變時應採取相應的結構措施，減小薄弱層及軟弱層的數量，儘量使薄弱層轉化為軟弱層，軟弱層轉化為非軟弱層。

破壞模式

(1)填充牆布置不連續造成結構的薄弱層破壞：

由於建築功能的需要，存在有大量的底部大開間建築。這種建築常常是底層為隔牆較少的商場或車庫，上部為隔牆較多的住宅，形成上剛下柔的結構體系，這就造成了結構底層成為薄弱層。在地震作用下，由於底層的剛度和承載力均較上面各層小很多，結構的側移大部分集中於底層，上面各層的側移很小。本該由上面各層吸收的地震能量，很大一部分轉移到底層，以致底層吸收的能量超出其最大的允許變形受能吸收的能量，其結果是底層破壞嚴重。

(2)填充牆沿平面不均勻布置產生的結構扭轉效應：

對稱結構在地面平動作用下，一般僅發生平移振動，各構件的側移量相等，水平地震作用下，水平地震作用力構件按剛度分配，因而構件受力比較均勻。故框架—填充牆結構的周邊填充牆布置均勻對稱，能夠極大的提高結構的抗扭強度和剛度，可以防止結構因扭轉使構件產生不均勻受力。但是由於建築功能的需要，一些建築物設計時，底層臨街面全部為玻璃窗，背街面採用磚填充牆，填充牆布置不均勻，布置填充牆的一面剛度增加很多，導致剛度中心偏向一邊，質量重心與剛度中心不重合，遠離剛度中心心的剛度較小的構件，由於側移量加大，分擔的地震力也顯著增大，很容易因超出承載能力和變形極限而發生嚴重破壞，即發生結構扭轉效應。

(3)填充牆布置不當引起的短柱破壞：

就框架柱本身受力狀況和破壞形態而言，一般情況下均屬於長柱，然而，當採用磚砌圍護牆時，由於每開間牆面上均開有較寬的窗洞，而窗洞上下的兩條窗裙牆是通長的，並與框架柱緊密相接，由於框架柱受到窗裙牆的剛性約束，減短了柱的有效長度，使框架柱變成了短柱，在地震作用下，承擔的地震剪力增大很多，因而往往會發生脆性剪下破壞。

(4)填充牆體的破壞：

在地震作用下，由於填充牆體本身具有很大的初始剛度，分擔的水平地震作用力也較大，然而填充牆體本身是脆性材料，抗剪能力低，變形能力小，填充牆以自身的變形消耗地震能量，因而在牆面上會產生斜裂縫或交叉裂縫剪下破壞，多在端牆、窗間牆或門窗洞口的邊角部位破壞嚴重。汶川地震震害調查發現，填充牆的材料對震害也有較大的影響，空心磚砌體填充牆比實心磚砌體填充牆震害大，砂漿等級較高，填充牆破壞較輕。此外，填充牆體由於缺少必要的連線而出現的平面外破壞、不僅造成較大的財產損失，砌體填充牆倒塌或掉塊還將威及到人的生命安全。故在框架—填充牆抗震設計時，應按規範要求，保證填充牆與框架之間連線緊密，防止填充牆產生平面外破壞。

穩固方法

①增加薄弱層的水平地震力；

②增大薄弱層的框架柱截面；

③提高薄弱層框架柱的抗震等級( 即增加框架柱的抗震承載能力，增大框架柱的配筋) 。

第一種方法在現有的結構計算軟體中較難實現，因為普通鋼筋混凝土結構的薄弱層一般都是軟弱層，現有結構軟體對軟弱層的地震力已經放大了1.15倍，如果要再放大薄弱層的地震力，只能全樓乘以放大係數，這對增大薄弱層的受剪承載力意義不大；第二種方法中框架柱的截面往往受到建築使用功能的限制而不能增大； 第三種方法提高薄弱層框架柱的抗震等級具有可操作性。